光催化是一个复杂的过程，涉及多种物理和化学因素，而且在不同的时间和空间尺度上产生作用。确定影响光催化剂性能的主要因素是光催化领域的关键挑战之一。

有鉴于此，中国科学院大连化物所章福祥研究员等报道合成了一系列具有不同A位稀土原子（R=Pr、Nd、Sm和Gd）的钙钛矿RTaON₂半导体作为模型光催化剂，讨论A位元素调控影响其局部结构以及物理和化学性质，并且深入了解光催化Z-scheme全分解水（OWS）的决速步骤。

本文要点

（1）

研究发现，随着A位阳离子离子半径的减小，RTaON₂化合物表现出光吸收的连续蓝移，并伴随着光生载流子寿命的缩短，这表明A位原子对光吸收和电荷分离过程有显著影响。另一方面，发现A位原子取代显著调控价带位置和表面氧化动力学。

 （2）

通过使用Pt改性的RTaON₂作为析氢光催化剂，发现光催化Z型光催化反应的产氢活性是由其表面氧化过程决定的，而不是由光吸收或电荷分离决定的。

这项研究首次对光催化Z方案OWS过程中的速率决定步骤给出了实验结果演示，对其他高效太阳能到化学能转换系统的设计和开发具有指导意义。

参考文献

Hai Zou, Yu Qi, Shiwen Du, Yunfeng Bao, Xueshang Xin, Wenjun Fan, Yejun Xiao, Shengye Jin, Zhaochi Feng, and Fuxiang Zhang*, Insight into the Rate-Determining Step in Photocatalytic Z-Scheme Overall Water Splitting by Employing A Series of Perovskite RTaON₂ (R = Pr, Nd, Sm, and Gd) as Model Photocatalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c08001

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08001