丁倩，陈涛，冯兆池，王秀丽

(1 催化基础国家重点实验室，中国科学院大连化学物理研究所，大连 116023;2 中国科学院大学，北京 100049;3 海洋科技与环境学院，大连海洋大学，大连 116023)

1 引言

半导体金属氧化物光催化分解水制氢是利用太阳能的最理想方法之一[1-4]。担载NiO助催化剂的La3+掺杂NaTaO3光催化全分解水的量子效率可高达56%[5]，认识和理解其光催化机理，对研制高效、新结构光催化体系有重要的学术价值。Onishi研究了掺杂金属阳离子提高NaTaO3光催化剂水分解反应的量子效率的原因[6]，指出阳离子掺杂降低了电子空穴的复合速率，使载流子数量增加。Liu和Sohlberg通过理论计算研究了La掺杂对NaTaO3的电子结构和载流子有效质量的影响[7]。La掺杂使带隙增大，直接带隙转变为间接带隙，降低了光生电子和空穴的复合速率。La掺杂使电子和空穴的有效质量减小(La掺杂浓度为～ 4 mol%时达到最小值)。有效质量小有利于光生电荷的传输，从而促进光催化效率的提高。Liu和Sohlberg进一步研究了La掺杂对NaTaO3表面结构的影响[8]，发现La掺杂导致表面结构锯齿状变形，这可能引发表面台阶结构的形成，从而促进光催化反应位点的分离。

光催化全分解水反应机理的认识要求对反应中间体和光生电荷动力学进行深入研究。我们使用原位透射红外光谱和质谱，结合密度泛函理论计算研究了NaTaO3上气相光催化分解水机理，提出了NaTaO3光催化水氧化反应的三步反应机理[9]。然而，实际的光催化反应在水溶液中进行，水溶液反应条件下的NaTaO3的水氧化机理与气相反应机理是否一致及其原因还有待研究。……