福大AFM: Ga掺杂策略功劳大！助力NiTiO3在可见光照射下实现整体水分解

光催化全水分解(OWS)生产氢燃料是转换和储存太阳能的一种有前景的策略。然而，只有少数光催化剂对OWS具有活性(包括 TiO₂、SrTiO₃、GaN:ZnO、氮化碳等)，并且其中许多具有较大的带隙，只有在紫外线(UV)照射下才具有活性。因此，设计并制备一种能在可见光下高效催化OWS的光催化剂具有重要意义。

近日，福州大学王心晨、林伟和方元行等将镓(Ga)被掺杂到NiTiO₃(Ga-NTO)晶体中以提高光生电荷载流子密度，在可见光下实现了高效的光催化OWS活性。

对于HER和OER，Ga-NTO显示出改进的光催化性能。此外，研究人员还将Co和Pt基助催化负载到Ga-NTO用于OWS，在可见光照射(420 nm)下，H₂和O₂的释放速率分别为1.81 µmol h^-1和0.90 µmol h^-1，AQY约为0.18%，并且这种性能至少可以保持130小时；在紫外光(365 nm)下导致更高的OWS活性，AQY达到0.85%。

实验结果和理论计算表明，Ga₁-NTO的金属-O在掺杂位点的键长延长了≈0.1 Å，通过用Ga离子代替Ti离子，可以将浅受体诱导到附近的CBM中，从而改善电荷扩散长度；原始NTO的空穴大多均匀分布在Ni上而在相邻的O上比例很小，CBM附近的杂质态主要位于与Ga相邻的Ni原子上，这种现象是主要是由于电子从相邻的Ni转移到电子不足的Ga以及掺杂引起的，并且费米能级附近的杂质态俘获了电子，从而减少了光生电荷复合并增加了电荷载流子的寿命。总的来说，这项研究提供了一种有效的掺杂策略以将小带隙光催化剂应用于OWS。

A Ga Doped NiTiO₃ Photocatalyst for Overall Water Splitting under Visible Light Illumination. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202208101

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