背景：

在金属氧化物半导体能带调制工程中，虽然合适的阴离子掺杂可拓宽金属氧化物半导体的可见光吸收能力，但大量实验显示这些阴离子杂质会充当复合中心的角色，从而急剧缩短光生载流子寿命，最终导致低的光电转换效率。此外，当前常见的态密度理论计算，仅仅只能从能带的角度解释光吸收增强的机理，而无法评估杂质的角色，是复合中心还是分离中心。因此，探索新的杂质角色评估方法，并发展有效的杂质活化策略就显得非常重要。

有鉴于此，我们以金红石相单晶二氧化钛纳米线作为模型材料，利用离子注入技术的高纯掺杂氮等优势，并结合轨道分布理论计算系统地阐述了氮杂质的角色评估和氧空位的活化策略。

本文要点

要点1.

通过系统的对比分析，从基本的轨道分布角度揭示：二氧化钛中氮掺杂引起的带间杂质态，其轨道分布几乎完全分散在氮原子周围，显示出高度局域化的特点；当在改体系中引入氧空位后，杂质态的轨道分布从氮原子向周围的氧原子弥散，对N 2p轨道与O 2p轨道进行了充分的杂化，从而使得带间杂质态向非局域化转变，最终实现氮杂质的活化。

要点2.

将氧空位活化后的氮掺杂二氧化钛用于光电化学分解水，其可见光的光电转换效率相对于未活化的光电极，提高了整整一个数量级（15% versus 1% at 450 nm）。进一步的实验结果显示：氧空位对金属氧化物中阴离子杂质的活化作用具有一定的普适性，其中包括ZnO 和 BiVO4 等金属氧化物，以及碳、硫等阴离子杂质。

Xianyin Song, et al. Anionic dopant delocalization through p-band modulation to endow metal oxides with enhanced visible-light photoactivity, Angewandte Chemie International Edition, 2019. http://DOI:10.1002/anie.201909934

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201909934