近几十年来，人工光催化因其在应对严重的能源危机和环境问题上的独特优势而成为许多科研者的研究热点。尤其，利用太阳能光解水将成为未来清洁和可持续发展的一种可行的重要技术。其中，基于过渡金属半导体的多相光催化分解水因其成本低、物理和化学稳定性好等优点而倍受关注。然而，为了提高其太阳能利用率和电荷分离效率，人们对这些半导体的晶格结构、表面/界面化学和电子结构进行了大量的研究，因为这些固有性质往往对光催化活性有很大的影响。结构扰动，包括了晶格畸变、缺陷调制等，通常对光物理和光化学性质有显著影响，并决定了半导体的光催化活性。因此，在半导体中引入大量的缺陷中心也是用于调节电子结构、表面特征和光催化性能的一种很有前途的策略。然而，对半导体中缺陷的浓度或类型进行智能控制始终是不容易的，因此缺陷对光催化活性的影响仍需进一步阐明。因此，深入揭示缺陷化学在光催化活性上的本质，对于设计和开发高效的新型光催化技术具有十分重要的意义。内蒙古大学的苏毅国教授团队近来对缺陷氧化锡在可见光下分解水的性能做了系统研究，也分析了局部结构调控、非化学计量比和缺陷中心对带隙值、带边电势和光催化制氢活性的影响。

苏毅国教授团队首先模拟了锡氧化物的缺陷类型，通过DFT计算来研究其电子性质和能带结构。然后，结合实验，通过调整Sn²⁺/Sn⁴⁺的摩尔比和缺陷化学，制备了一系列富含缺陷的Sn_xO_y光催化剂。其中，SnO_x-RT表现出相对负的导带电位(-0.24 eV)和良好的产氢活性 (58.6 μmol•g^-1•h^-1)。采用多种测试方法对其相结构、形貌、表面成分和光电性能进行了分析。通过XPS分析了Sn²⁺/Sn⁴⁺摩尔比的调制，通过穆斯堡尔谱和ESR谱分析表明了间隙锡和氧空位的存在。最终，非化学计量Sn_xO_y中大量的羟基、Sn²⁺和相对较负的导带电位在可见光捕获和光催化水分解中起着关键作用。本工作通过调节内部电子结构和表面缺陷为高效光催化技术的发展提供了一种新的策略。

图1. 模拟计算SnO₂的不同缺陷类型的带结构与态密度。

图2. 锡氧化物的元素价态分析XPS图。

图3. 锡氧化物的元素配位环境分析Mossbauer谱图。

相关成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章的第一作者是内蒙古大学的博士研究生宋美婷，通讯作者是内蒙古大学的苏毅国教授和杜春芳教授。

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Structural Insight on Defect-Rich Tin Oxide for Smart Band Alignment Engineering and Tunable Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution

Meiting Song, Yuhang Wu, Yanxia Zhao, Chunfang Du, Yiguo Su

Inorg. Chem., 2020, 59, 3181-3192, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03557

苏毅国教授简介

苏毅国，内蒙古大学化学与化工学院教授、博士生导师；2009年于中国科学院福建物质结构研究获得理学博士学位；2009至今为内蒙古大学化学化工学院教授、博士生导师；主要研究方向包括光催化、材料设计与理论模拟、无机纳米材料等；以第一及通讯作者在J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem. Int. Ed. Appl. Catal. B, Chem. Mater. Chem. Eng. J. J. Hazard. Mater. 等国际知名期刊发表论文40余篇。

杜春芳教授简介

杜春芳，内蒙古大学化学与化工学院教授、博士生导师；2009年于中南大学获工学博士学位；2009至今为内蒙古大学化学化工学院教授、博士生导师；主要研究方向包括功能矿物材料的设计与合成、催化材料的制备与表征、微/介孔材料的合成与表征等；发表SCI期刊学术论文18篇；主编学术专著1部；获国家授权发明专利1项。