太阳能光化学转化是实现太阳能转化利用的重要方式之一，其中具有较宽范围可见光利用（即：宽光谱捕光）的光催化材料设计合成是实现太阳能高效转化基础，决定其太阳能转化理论效率高低。

混合阴离子策略是实现无机半导体能带调控和可见光吸收拓展的重要策略之一，通过在氧化物半导体中引入比氧电负性更低的其他阴离子元素（如：N^3-）是构筑窄带隙宽光谱吸收半导体的常用方法。然而，传统的氮原子取得氧原子常常面临化电荷不平衡、不可避免生成缺陷等问题。

近期中科院大连化物所章福祥研究员团队和日本东京工业大学Kazuhiko Maeda教授团队合作，采用化学气相传输（CVT）方法合成了一种纯相无氧混合阴离子半导体β-ZrNBr。该氮卤混合阴离子化合物材料在光催化水分解制氢、放氧和光催化还原CO₂制甲酸等半反应中均表现出显著的活性。

该材料具有层状结构，其结构单层为双面Br-离子夹棱形ZrN层板的结构，且通过插层后剥离可得到纳米片结构形态。此外，β-ZrNBr在空气流下的热稳定性高达500 ℃，为其光催化应用提供了充分的热稳定基础。

实验表征分析发现该材料可实现波长长达530 nm左右的宽可见光谱吸收，且其能带带边位置分别满足光催化质子还原产氢气和光催化水氧化产氧的热力学电位。DFT理论计算发现该材料是一类间接带隙半导体，其价带顶主要由N2p轨道和Br4p轨道贡献，其导带底主要由Zr3d轨道贡献，由N和Br元素共同贡献的高能量价带位置赋予了其宽可见光谱吸收能力。

通过在β-ZrNBr表面分别修饰Pt、RuO_x以及RuRu’分子分别实现了该材料光催化质子还原产氢、光催化水氧化产氧以及光催化CO₂还原产甲酸的性能，且其产氢、产氧性能稳定。此外，剥离的β-ZrNBr纳米片具有近3倍的光催化性能提升，证明该材料具有光催化太阳能转化的优秀潜力。