太阳能转化技术是缓解当前能源与环境危机、实现可持续发展的重要途径，开发高效低成本的新型催化剂是实现太阳能转化规模化应用的重要保障。金属氮化物材料由于具有良好的导电性、耐酸碱稳定性和类贵金属催化性质，被认为是理想的贵金属替代材料。

然而，金属氮化物具有表面亚稳性，在空气中形成非晶表面氧化层。催化反应多在表界面发生，这使得金属氮化物的催化性质与反应机理都随之改变，增加了反应的复杂性；且对于含氧催化反应，金属氮化物的抗氧化稳定性也存在潜在风险。因此，研究金属氮化物在氧化条件下的表面结构变化，对于认识催化反应机理、设计高效金属氮化物催化材料具有重要意义。

近日，大连理工大学的杨明辉教授、刘思奇副研究员、戚为量博士以典型的三元金属氮化物Co₃Mo₃N为研究对象，研究其在光氧化/还原反应条件下的表面结构变化及其对太阳能水分解的催化性能影响，发现了Co₃Mo₃N在光氧化条件下的表面重构现象。富钴氧化外层与钼-氮亚表面层构成的“偏析效应”，一方面提供水氧化反应的活性位点，另一方面促进电荷分离与转移，因此能够同时提升Co₃Mo₃N对于太阳能水分解析氧/析氢的催化性能。

通过氨解法制备的Co₃Mo₃N具有约0.7 nm的非晶表面氧化层，在惰性气氛条件下光照，Co3Mo3N的表面氧化层厚度与组分不发生变化，其析氢性能保持稳定。

在含氧气氛下光照4小时后，Co₃Mo₃N的表面氧化层变厚，且能观察到清晰的双表层结构，其最外层为富钴氧化层，亚表面层为钼-氮层。富钴氧化层可以为析氧反应提供活性位点，因此重构的Co₃Mo₃N析氧性能显著提升。延长光照时间至8-16小时，表面结构趋于稳定，表明钼-氮层具有抗氧化作用。

结构分析表明表面重构现象会导致Co₃Mo₃N中的Co-Mo键变短，化学键变化会导致键能改变，进而影响催化性能。

DFT计算结果从理论证明，表面重构后Co-Mo键变短，与实验结果一致。Co-Mo键变短促进了活性氢物种的解析，降低了吉布斯自由能，提升析氢反应动力学，因此，表面重构的Co₃Mo₃N对于析氢反应性能也有显著提升。

本工作发现了金属氮化物在光氧化条件下可能存在普遍的表面重构现象。这一发现为金属氮化物在太阳能转换反应中的构效关系研究提供了新的见解，对金属氮化物基催化材料的可控设计提供更加可靠的理论依据，并对于推动可再生能源的发展具有重要意义。