太阳能驱动的光催化整体水分解产氢是减少化石燃料消耗和减少二氧化碳排放的有效方法。SrTiO3基光催化剂，由于具有良好的总体水分解性能和较低的经济成本，人们已经做出许多努力来提升其光催化性能。其中，降低SrTiO3中Ti3+缺陷浓度是提高其光催化活性的关键。然而，掺杂不同低价金属离子的SrTiO3在整体水分解中没有同样良好的活性，其原因尚不清楚。
基于此，南京航空航天大学常焜和方帆等通过固相法结合熔剂处理制备了缺陷浓度水平相似的单晶Na，K或Cs掺杂的SrTiO3纳米颗粒(Na-STO，K-STO和Cs-STO)，系统地研究了这些光催化剂的物理化学性质与光催化活性之间的关系。光催化性能实验结果表明，与Na和Cs掺杂相比，K掺杂的SrTiO3具有更高的Ti3+浓度和更好的内在光催化活性。此外，能带结构和载流子行为的分析表明，Na或Cs掺杂的SrTiO3中形成了深态缺陷，导致了光催化活性的降低。通过密度泛函理论(DFT)计算和同步辐射分析，发现A位点−金属离子极化的差异导致了一些缺陷电荷的局域化，伴随着不均匀的结构弛豫。因此，在Na-STO和Cs-STO中，Na+和Sr2+周围的少量原子中会形成深能级缺陷，导致光催化活性降低。综上，该项工作表明，在应用缺陷工程时，除了简单地控制Ti3+缺陷浓度外，低价掺杂金属对缺陷电荷离域化的影响也值得关注。Mechanistic Understanding of Alkali-Metal-Ion Effect on Defect State in SrTiO3 During the Defect Engineering for Boosting Solar Water Splitting. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202215242
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