1977年，Honda和Fujishima首次观察到在紫外线照射下氧化钛(TiO2)将水分解成氢和氧的光化学反应。利用光催化剂和阳光进行水分解，将光能转化为化学能并以氢气的形式储存，是生产可持续、可储存和可运输的太阳能燃料的一个非常有应用前景的途径。氧化基光催化剂在进一步研究反应机理、提高光催化剂的性能和效率方面取得了较大的进展。但是，这些基于氧化物的材料都是宽带隙材料，仅对太阳光谱的近紫外区敏感，而近紫外区只占太阳光谱的一小部分，可见光区几乎占太阳光谱的一半。钙钛矿型氧氮化物是一类非常有前景的用于可见光水分解的新型催化剂，其通式可以写为ABOxNy（其中A = La，Ba，Sr，Ca; B = Ti，Ta，Nb; x + y = 3）。然而，对于氮氧化物存在一个普遍的问题，即通常观察到这些材料的初始性能下降，一般可以达到30％-50％。迄今为止，氧氮化物-液体界面的物理化学特性及其在操作条件下的演变尚未进行研究。
有鉴于此，苏黎世联邦理工学院的Th omas Lippert和瑞士保罗·谢尔研究所的Daniele Pergolesi等人，利用LaTiOxNy氮氧化物薄膜研究了光电催化水分解过程中在固液界面发生的表面改性。
本文要点
1）对氧氮化物-液体界面上发生的导致光催化剂降解的电化学反应的物理化学过程有一个基本的了解。利用互补的表面敏感技术，中子反射技术(NR)和掠入射x射线吸收光谱(GIXAS)来探测外延生长的LaTiOxNy（LTON）膜在PEC表征前后的表面改性。
2）与通常的假设相反，A阳离子是由于水分解过程而在表面发生氧化的活性位点，而B阳离子在价态不变的情况下发生局部无序化。这种表面改性降低了总的水分解效率，氧氮化物表面的物理化学修饰仅限于裸露薄膜的前3 nm处。
3）IrO2助催化剂的加入不仅使氧氮化物样品的性能提高了两倍，而且通过阻止水分解过程中所观察到的表面改性来保护表面。
总之，NR和GIXAS的结合为材料的结构、电子和组成特性的表面敏感性测量(3纳米分辨率)提供了宝贵的实验方法，而且实验平台可以扩展到更广泛的领域。
参考文献：
Lawley, C., Nachtegaal, M., Stahn, J. et al. Examining the surface evolution of LaTiOxNy an oxynitride solar water splitting photocatalyst. Nat Commun 11, 1728 (2020).
DOI: 10.1038/s41467-020-15519-y
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15519-y
