近日，我组开发了一种低功函金属粉末（Mg、Al、Zr等）辅助氮化的合成新方法，实现了在低温、短时间内高效氮化合成基于d0区金属元素（Ta、Zr、Ti等）的窄带隙金属氮氧化物半导体材料。基于该合成路线，团队有效降低了大部分金属氮氧化物的缺陷密度，并提升了相应材料的光催化性能；此外，采用该氮化路线实现了对SrTiO3和Y2Zr2O7等材料的高浓度氮掺杂，大幅减小其带隙，拓展了氮氧化物半导体光催化材料的开发边界。
宽光谱捕光催化材料设计合成是实现太阳能高效光—化学转化基础，其吸收带边越宽则太阳能转化理论效率越高。我组长期致力于具有较宽可见光利用的新光催化材料开发，先后设计合成了氮氧化物（Adv. Mater.，2019；Adv. Mater.，2021；J. Energy Chem.，2021等）、含氧酸盐（Adv. Energy Mater.，2018）、金属有机框架类（Adv. Mater.，2018；Sci. China Chem.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2022）和金属氮卤化物半导体材料（Angew. Chem.，2023；J.Mater. Chem. A，2023）等20余例不同类型、具有我国自主知识产权的新材料，在光催化分解水制氢方面展现了良好潜力。
在团队前期氮氧化物设计合成基础上，为解决传统氮化路线氮化动力学慢、氮化产物缺陷密度高等问题，本工作以低功函金属粉末为辅助氮化剂，将金属粉与金属氧化物前驱体进行简单的机械混合，利用氮化过程中金属粉末向金属氧化物的供电子效应，有效促进了金属—氧键的活化，并降低氮原子取代的能垒，从而大幅提升氮化动力学；该创新路线不仅实现了系列金属氮氧化物在低温、短时间内的高效合成，部分抑制了氮氧化物中缺陷的生成，显著提升了金属氮氧化物基光催化剂水分解性能，而且合成了多个以往传统氮化合成路线无法制备的新材料。该低功函金属辅助增强外源阴离子植入策略有望拓展至含硫、含碳等混合阴离子或非氧阴离子半导体的设计合成和开发。
上述工作以“Metallic powder promotes nitridation kinetics for facile synthesis of (oxy)nitride photocatalysts”为题，于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作的共同第一作者为我组毕业生鲍云锋博士、博士研究生邹海、博士后杜仕文，以上工作得到了国家科技部、国家自然科学基金等项目资助。（文/图 鲍云锋、邹海）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202302276