利用太阳能驱动水分解制取氢气，是将太阳能转化为可储存化学能的重要途径。能够吸收更宽范围可见光的窄带隙半导体，是发展太阳能光催化制氢材料的重要研究方向。然而，吸收光能并不意味着能够有效利用光能。光激发产生的电子与空穴容易在材料内部复合，难以同时到达表面并参与产氢、产氧反应。如何促进光生载流子的分离与定向迁移，使水的还原和氧化反应协同进行，是窄带隙半导体实现光催化全分解水面临的关键科学问题。

同济大学化学科学与工程学院徐晓翔教授课题组围绕可见光响应氮氧化物SrTaO₂N，提出电荷补偿与熔盐辅助相结合的氮化策略，制备出低缺陷、具有明确暴露晶面的单晶颗粒，揭示了晶面引导光生载流子解耦与定向迁移的作用机制。在选择性负载产氢和产氧助催化剂后，该材料能够实现可见光驱动全解水制氢制氧。相关成果以研究论文形式发表于《Advanced Energy Materials》（2026，e71525）。

SrTaO₂N具有适宜的能带位置和较宽的可见光吸收能力，但传统合成过程容易引入氧空位、低价钽物种及晶界等缺陷，导致光生载流子被俘获并发生复合，限制其光催化性能。针对这一问题，研究团队以NaTaO₃为前驱体，在SrCl₂参与下开展氮化反应，通过Na⁺/Sr²⁺阳离子交换补偿O/N取代引起的电荷变化，同时利用熔盐环境促进原子扩散与晶体生长。该策略获得了暴露{202}和{001}/{110}晶面的SrTaO₂N单晶颗粒，并有效降低了缺陷含量，为电荷输运提供了更有利的结构条件。

研究团队结合选择性光沉积实验、第一性原理计算与载流子输运模拟，进一步阐明了不同晶面之间的协同作用。结果表明，晶面间的能带差异能够在颗粒内部形成内建电场，引导光生电子向{001}/{110}晶面迁移、光生空穴向{202}晶面迁移，使两类载流子在空间上分离。晶面由此成为调控电荷迁移方向与表面反应位置的重要结构单元，为产氢、产氧反应在不同区域发生提供了基础。在此基础上，通过选择性负载产氢与产氧助催化剂，研究团队实现了SrTaO₂N光催化全解水。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、同济大学医工交叉研究计划、中国博士后科学基金、上海市“超级博士后”激励计划等支持，并获得合肥同步辐射实验室、同济大学相关测试平台、中国科学技术大学卓之问研究员、吉林大学谢腾峰教授课题组、电子科技大学李严波教授课题组的支持。同济大学徐晓翔教授为论文通讯作者，硕士生钱圣垚与博后喻金星为共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.71525