圖 近年來報道的基于BiVO4和Ta3N5水分解光陽極的最高效率值，虛線方框內為本報道中的工作

在國家自然科學基金項目（批準號：21872019）等資助下，我?；A院李嚴波教授團隊與海外學者合作，在氮化鉭（Ta3N5）光電催化水氧化研究方面取得系列進展。研究成果分別以“用于高效光電催化水氧化的氮化鉭的能帶工程和缺陷調控（Band structure engineering and defect control of Ta3N5 for efficient photoelectrochemical water oxidation）”和“用于高效光電催化水分解的氮化鉭薄膜光陽極的界面工程（Interface engineering of Ta3N5 thin film photoanode for highly efficient photoelectrochemical water splitting）”在《自然·催化》（Nature Catalysis）和《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。論文鏈接分別為：https://doi.org/10.1038/s41929-020-00522-9和https://doi.org/10.1038/s41467-022-28415-4。

作為水分解光陽極材料，氮化鉭具有寬可見光吸收范圍、能帶位置合適等優(yōu)點，在光電催化制氫領域具有重要的應用前景，其太陽能—氫能理論轉化效率高達15.9%。但是，受氮化鉭材料體相和表界面缺陷導致的光生載流子復合等關鍵因素的限制，實際效率仍遠低于理論值。

針對載流子體相復合的問題，研究團隊選取對深能級Ta3+缺陷形成有抑制作用的Mg2+作為摻雜元素，并通過梯度摻雜的方式，一方面降低氮化鉭薄膜體相深能級缺陷密度，另一方面在薄膜內部構建梯度能帶結構以提升體相載流子分離能力，實現了偏壓輔助光電轉化效率（ABPE）最高為3.31%的氮化鉭基光陽極。針對載流子表界面復合的問題，研究團隊通過在氮化鉭薄膜上下界面分別修飾p型的Mg:GaN層和n型的In:GaN層，一方面鈍化氮化鉭薄膜的界面缺陷，另一方面通過構建異質結提升界面載流子分離能力，實現了最高為3.46%的ABPE，這是目前基于氮化鉭光陽極的最高效率值（圖）。將體相和界面載流子管理策略相結合，有望進一步提升氮化鉭光陽極的效率。