如何合成氧空位？

a. 還原處理

還原氣體還原

 在高溫或壓力條件下金屬氧化物的CO、NH3、H2等處理是由于還原氣的強(qiáng)的還原性引起金屬氧化物中的缺陷是常見策略。通過調(diào)節(jié)溫度、壓力、氣體組成，可以有效地生產(chǎn)具有不同程度和不同    濃度的OVS。

活性金屬還原劑

 無機(jī)物NaBH4 、CaH2有機(jī)物咪唑和L-抗壞血酸等處理。例如利用具有強(qiáng)還原性金屬Li, Mg, Al , Zn，進(jìn)行抓取氧化物中的晶格氧使其產(chǎn)生缺陷。金屬氧化物和碳酸二甲酯（DMC）混合的Li粉末組成。將混合物研磨1小時(shí)并通過調(diào)節(jié)Li粉末含量（0-5wt%），具有不同濃度的缺陷，其特征在于逐漸較暗的顏色，在該過程中，Li除去金屬氧化物的氧氣，形成此方案為室溫下產(chǎn)生缺陷氧化物。

電化學(xué)還原處理

在電化學(xué)還原過程中，金屬離子接受外部電子以形成低價(jià)金屬離子。為了補(bǔ)償電荷平衡，產(chǎn)生氧氣空位，并且電解質(zhì)中靜態(tài)陽離子（C +）嵌入金屬氧化物中。該機(jī)制可以概括為

b. 高能粒子轟擊

      等離子體和高能質(zhì)子的高能量顆粒可以強(qiáng)烈地與金屬氧化物表面上的原子相互作用，從而導(dǎo)致研究人員報(bào)告的金屬氧化物中的表面結(jié)構(gòu)損壞和氧空位的缺氧空位。施加的高能質(zhì)子離子植入以改變TiO2納米管的表面，誘導(dǎo)特定缺陷。

c. 真空煅燒處理

通過在100℃以上的高溫下將無缺陷金屬氧化物放入真空爐，實(shí)現(xiàn)煅燒真空活化以獲得氧空位缺陷結(jié)構(gòu)。這種缺氧的大氣中產(chǎn)生了氧空位和低價(jià)金屬離子。

d. 超聲波處理

使用具有高功率密度的超聲波使其金屬氧化物表面無序化，改變電子結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生氧空位

e. 溶膠凝膠羥基化

桑杰等人提出了一鍋凝膠燃燒合成策略(J. Mater. Chem. A,2016, 4, 5854–5858)。將0.4M丁醇化鈦與50mL的二乙二醇(DEG)混合，形成黃色糖二酸鈦復(fù)合物凝膠。加入14.4mL水并攪拌15分鐘然后將水合的糖二酸鈦凝膠保持在300℃ 2h。加入過量的水確保二氧化鈦有足的羥基化，過量的羥基化直接形成黑色二氧化鈦。

f. 電弧熔化處理

將首先將氧化物粉末成顆粒，然后將其置于具有填充有Ar的封閉室的電弧爐中。（Adv. Mater. 2015, 27, 2589–2594）高溫電弧將金屬氧化物顆粒加熱到熔點(diǎn)幾秒鐘，然后快速冷卻至室溫。這種快速熔融和冷卻過程有效地固定了氧化物中高度濃縮的缺陷。

g. 合成方法總結(jié)

 根據(jù)目前文獻(xiàn)報(bào)道，氫還原處理得到了廣泛的研究，成為合成氧空位廣泛的方法。利用該方法可以使二氧化鈦、二氧化鋯、二氧化錳、三氧化鉬、三氧化鎢等一系列金屬氧化物產(chǎn)生具有高質(zhì)量的缺氧結(jié)構(gòu)。但該方法可在高溫或高壓條件下運(yùn)行，既不方便、耗時(shí)。化學(xué)還原劑處理作為活性溶液還原和室溫工藝也是一種常見而有效的方法，但它受到氧空位含量相對較低的限制。通過活性金屬還原方法，可以得到富氧原空位金屬氧化物，但其操作過程通常很復(fù)雜。

 高能粒子轟擊、煅燒-真空激活和超聲波處理，其應(yīng)用范圍有限，只有通過這些方法才能合成一小部分具有氧空位的金屬氧化物。此外，制備條件對氧空位的形成有重大影響，具體討論和總結(jié)如下。在氫還原方法中，金屬氧化物中的氧空位的含量隨著溫度和氫壓力的升高而增加，同時(shí)顏色從光到暗發(fā)生明顯變化。隨著還原劑量的增加，氧空位濃度相應(yīng)增加。然而，過量的還原劑可能會(huì)導(dǎo)致新相甚至金屬單質(zhì)相的出現(xiàn)。此外，制造缺陷金屬氧化物的反應(yīng)時(shí)間與缺陷的量呈正相關(guān)。

5.氧空位表征方法

在原子和分子水平上構(gòu)建理論模型，以分析電子結(jié)構(gòu)的變化和評估載材料的催化機(jī)制

氧空位金屬氧化物制備方面的一些挑戰(zhàn)仍然需要進(jìn)一步的研究：(i)由于目前報(bào)告的方法往往耗時(shí)或在極端條件下進(jìn)行，探索簡便、方便的大規(guī)模氧空位金屬化物制備方法需要持續(xù)的研究。(ii)一些金屬氧化物，如ZrO2, Al2O3,  Nb2O5，很難降低，在研究中，這些金屬氧化物中的氧空位的濃度相對較低。因此，尋找有效的植入大量氧空位的有效方法仍然具有挑戰(zhàn)性。用某些方法制造的含氧金屬氧化物穩(wěn)定性差。當(dāng)暴露在空氣條件下時(shí)，具有氧空位的金屬氧化物被部分氧化，進(jìn)而使氧空位的濃度降低。防止缺陷氧化的問題也需要解決。