半導(dǎo)體光催化作為一種可持續(xù)的綠色技術(shù)，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為環(huán)境凈化和生產(chǎn)可再生能源。然而，目前的光催化劑存在光吸收效率低、光生電子和空穴快速復(fù)合、表面活性位點不足等問題。在光催化劑中引入氧空位(OVs)被證明是解決這些問題和提高光催化效率的有效策略。
有鑒于此，澳大利亞墨爾本斯威本科技大學(xué)Tianyi Ma教授和中國地質(zhì)大學(xué)(北京)黃洪偉教授等人，系統(tǒng)地綜述了近年來氧空位半導(dǎo)體光催化劑的研究進展。
本文要點
要點1. 首先，簡要介紹了半導(dǎo)體光催化劑中OVs的形成和表征。然后重點介紹了OVs在三種類型的典型含氧半導(dǎo)體的光催化反應(yīng)中的作用，包括金屬氧化物（TiO2，ZnO，WO3，W18O49，MoO3，BiO2-x，SnO2等），氫氧化物（(In(OH)3, Ln(OH)3 (Ln=La, Pr, and Nd)，層狀雙氫氧化物）和含氧鹽（鉍基含氧鹽等）光催化劑。此外，系統(tǒng)地總結(jié)了氧空缺半導(dǎo)體光催化劑在污染物去除，H2產(chǎn)生，CO2還原，固N2和有機合成等方面的先進光催化應(yīng)用。最后，對氧空位半導(dǎo)體材料目前面臨的挑戰(zhàn)進行了分析，并對其發(fā)展前景進行了展望。
要點2. 然而，OVs輔助光催化也存在一些障礙，需要解決的問題如下：首先，到目前為止，已報道的具有OVs的光催化劑都集中在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體上，例如氧化物，氫氧化物或含氧鹽。應(yīng)該開發(fā)其他類型的具有光催化活性劑的光催化材料，尤其是新興的催化劑，例如具有不常見的理化性質(zhì)的金屬有機骨架（MOF）和共價有機骨架（COFs），這有益于開發(fā)高效光催化劑。第二，由于OVs可以存在于光催化劑的不同位置，如本體、表面或亞表面，這與光催化性能密切相關(guān)。例如晶體內(nèi)部的OVs很少參與光催化反應(yīng)，可能作為電子和空穴的復(fù)合中心，對光催化有害。因此，仍然需要先進的技術(shù)來準(zhǔn)確地可視化、量化和定位OVs的分布，特別是在合成過程中監(jiān)測OVs的產(chǎn)生及其隨后的淬火期的原位表征。第三，應(yīng)該深入探討OV的詳細功能。隨著對OVs理解的加深，人們認(rèn)識到它們在光催化反應(yīng)中的具體作用是形成有缺陷的能級，以增強光吸收，促進電荷分離和增加反應(yīng)物的吸附。第四，OV工程在各種光催化應(yīng)用中顯示出光明的前景，但是其在其他相關(guān)領(lǐng)域（例如電化學(xué)儲能（金屬離子電池和超級電容器））的潛力還沒有得到很好的開發(fā)。
Lin Hao et al. Oxygen Vacant Semiconductor Photocatalysts. Advanced Functional Materials, 2021.DOI: 10.1002/adfm.202100919https://doi.org/10.1002/adfm.202100919
