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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員章福祥團(tuán)隊開發(fā)了一種低功函金屬粉末輔助氮化的合成新方法，實現(xiàn)了在低溫、短時間內(nèi)高效氮化合成基于d⁰區(qū)金屬元素的窄帶隙金屬氮氧化物半導(dǎo)體材料?；谠摵铣陕肪€，團(tuán)隊有效降低了大部分金屬氮氧化物的缺陷密度，并提升了相應(yīng)材料的光催化性能。此外，采用該氮化路線實現(xiàn)了對SrTiO₃和Y₂Zr₂O₇等材料的高濃度氮摻雜，大幅減小其帶隙，拓展了氮氧化物半導(dǎo)體光催化材料的開發(fā)邊界。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

寬光譜捕光催化材料設(shè)計合成是實現(xiàn)太陽能高效光—化學(xué)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)，其吸收帶邊越寬則太陽能轉(zhuǎn)化理論效率越高。大連化物所長期致力于具有較寬可見光利用的新光催化材料開發(fā)，先后設(shè)計合成了氮氧化物、含氧酸鹽、金屬有機(jī)框架類和金屬氮鹵化物半導(dǎo)體材料等20余例不同類型、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料，在光催化分解水制氫方面展現(xiàn)了良好潛力。

在團(tuán)隊前期氮氧化物設(shè)計合成基礎(chǔ)上，為解決傳統(tǒng)氮化路線氮化動力學(xué)慢、氮化產(chǎn)物缺陷密度高等問題，本工作以低功函金屬粉末為輔助氮化劑，將金屬粉與金屬氧化物前驅(qū)體進(jìn)行簡單的機(jī)械混合，利用氮化過程中金屬粉末向金屬氧化物的供電子效應(yīng)，有效促進(jìn)了金屬—氧鍵的活化，并降低氮原子取代的能壘，從而大幅提升氮化動力學(xué)。

該創(chuàng)新路線不僅實現(xiàn)了系列金屬氮氧化物在低溫、短時間內(nèi)的高效合成，部分抑制了氮氧化物中缺陷的生成，顯著提升了金屬氮氧化物基光催化劑水分解性能，而且合成了多個以往傳統(tǒng)氮化合成路線無法制備的新材料。

該低功函金屬輔助增強(qiáng)外源陰離子植入策略有望拓展至含硫、含碳等混合陰離子或非氧陰離子半導(dǎo)體的設(shè)計合成和開發(fā)。