在光催化水分解中，光催化剂(通常是半导体材料)用于吸收光能并引发水分解反应。当光被光催化剂吸收时，会产生电子-空穴对。激发的电子可以还原水，而空穴可以氧化水。

然而，光催化水分解存在诸多挑战，主要包括效率低、可见光吸收有限以及光催化剂的光腐蚀。因此，人们正在探索各种策略，如异质结形成、纳米结构设计、助催化剂利用、染料敏化、表面等离子体增强、掺杂和缺陷控制，以解决这些问题并突破效率瓶颈。

掺杂尤其引起了广泛关注。各种研究都证明了其有效性。例如，Kudo 的团队通过金属氧化物改性实现了超过 50% 的表观量子产率 (AQY)。据 Asahi 报道，TiO 2中的氮掺杂对于缩小带隙和增强光催化活性至关重要。

Domen 介绍了一种用于可见光水分解的镓和锌氮氧化物 (Ga 1–x Zn x )(N 1–x O x ) 固体溶液。Chen 探索了通过氢化在 TiO 2纳米相层中引入无序以增强太阳能吸收。Takata 使用改性的铝掺杂钛酸锶 (SrTiO 3 :Al) 光催化剂实现了整体水分解，外部量子效率高达 96%。

最近，上海交通大学上官文峰教授团队结合其他重要研究成果，对能带结构、微观结构、缺陷调控、掺杂策略等对光催化活性的影响进行了全面综述。他们重点研究将稀土元素掺杂到铋基复合氧化物中，以提高导带底限，实现可见光下全分解水。

他们创新性地提出了非对称掺杂技术——选择性局部梯度掺杂，可以控制掺杂离子的释放，有望为新型材料探索和可见光光催化水分解的能量转化效率提升做出重要贡献。相关成果发表在《催化学报》上。

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