二氧化钛(TiO2)半导体由于其生产成本低、无毒性和高稳定性等优点，成为太阳能电池和光解水制氢的首选材料，然而，锐钛矿型TiO2的带隙相对较宽(3.2eV)，限制了它在可见光区的应用。为了实现可见光分解水，能带调控成为TiO2的研究热点。化学共掺杂通过一对非金属元素同时替代TiO2中相邻氧原子并形成化学键，该设计不但能大幅降低带隙，还能保持光解水制氢的带边要求。
王芳副教授通过先掺氮(N)后掺磷(P)的两步法成功制备出N-P化学共掺杂的TiO2纳米结构，N-P化学共掺杂对的形成使TiO2带隙从3.2 eV降为1.8 eV，带隙降低了40%，同时还能保持光解水制氢的带边要求。我们通过理论与实验相结合验证了N-P化学共掺杂TiO2纳米结构在可见光区的光吸收效果。化学共掺杂为其他半导体的能带调控提供了设计思路，相关研究结果发表在Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 17989 (2015)。
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N-P化学共掺杂TiO2结构及其带隙谱 |
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