【原创干货】氧空位半导体光催化剂的构建及表征

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背景

氧空位（OV）是改善半导体光催化剂物理化学性质和光催化活性最常用的缺陷工程策略。上世纪60年代，Tompkins等人首次提出了OVs的概念，当时OVs被视为一种物种。

由于光催化剂特殊的合成条件或不稳定的表面结构，O原子容易移动到任意位置，甚至冲出晶格。

一般来说，OVs更容易通过高温和/或高压、化学还原、离子掺杂或光照产生，从而导致光催化剂中的键断裂、晶格畸变、缺陷态的形成和电子补偿，从而促进光催化过程中的关键步骤。

氧空位的形成

在光催化材料中产生OV的方法有很多，例如热处理、化学还原、紫外光照射和离子掺杂等，所有这些都会导致氧原子逃逸并影响晶体结构。

（表1）在某些合成或处理策略中可能需要苛刻的条件，而光催化剂中OVs的浓度可以通过控制反应条件或参数进行很好的调节，从而调节光催化性能。

在不同气氛中高温煅烧光催化剂会导致表面原子剧烈振动，同时表面晶格O容易扩散和溢出。在相对较低的温度下，催化剂通过还原剂（如NaBH₄、乙二醛、乙醇、H₂O₂等）进行化学还原，导致晶格中出现OVs。

还原剂分子首先位于样品表面，然后通过电子迁移过程更容易捕获O原子，从而产生OVs。此外，通过调整光催化材料的化学成分，离子掺杂也可以产生OVs。

低价态掺杂离子通过取代原始原子破坏晶格O的长期周期性顺序，随后OVs出现以重新平衡电荷。紫外线照射作为一种物理方法，是构建OVs的一种简单方便的策略，OVs将得到补充。

表1：氧空位的制备手段

氧空位的表征手段

些表征技术逐渐发展并应用于揭示OVs在半导体光催化剂中的存在、位置和浓度。

迄今为止，各种先进的仪器表征方法已被用于研究OVs，例如电子顺磁共振（EPR）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、正电子湮没光谱（PAS）、X射线吸收精细结构（XAFS）光谱和扫描透射电子显微镜（STEM）。表2总结了这些技术。

表2：氧空位的表征手段

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