半导体光催化作为一种可持续的绿色技术，可以将太阳能转化为环境净化和生产可再生能源。然而，目前的光催化剂存在光吸收效率低、光生电子和空穴快速复合、表面活性位点不足等问题。在光催化剂中引入氧空位(OVs)被证明是解决这些问题和提高光催化效率的有效策略。
有鉴于此，澳大利亚墨尔本斯威本科技大学Tianyi Ma教授和中国地质大学(北京)黄洪伟教授等人，系统地综述了近年来氧空位半导体光催化剂的研究进展。
本文要点
要点1. 首先，简要介绍了半导体光催化剂中OVs的形成和表征。然后重点介绍了OVs在三种类型的典型含氧半导体的光催化反应中的作用，包括金属氧化物（TiO2，ZnO，WO3，W18O49，MoO3，BiO2-x，SnO2等），氢氧化物（(In(OH)3, Ln(OH)3 (Ln=La, Pr, and Nd)，层状双氢氧化物）和含氧盐（铋基含氧盐等）光催化剂。此外，系统地总结了氧空缺半导体光催化剂在污染物去除，H2产生，CO2还原，固N2和有机合成等方面的先进光催化应用。最后，对氧空位半导体材料目前面临的挑战进行了分析，并对其发展前景进行了展望。
要点2. 然而，OVs辅助光催化也存在一些障碍，需要解决的问题如下：首先，到目前为止，已报道的具有OVs的光催化剂都集中在传统的半导体上，例如氧化物，氢氧化物或含氧盐。应该开发其他类型的具有光催化活性剂的光催化材料，尤其是新兴的催化剂，例如具有不常见的理化性质的金属有机骨架（MOF）和共价有机骨架（COFs），这有益于开发高效光催化剂。第二，由于OVs可以存在于光催化剂的不同位置，如本体、表面或亚表面，这与光催化性能密切相关。例如晶体内部的OVs很少参与光催化反应，可能作为电子和空穴的复合中心，对光催化有害。因此，仍然需要先进的技术来准确地可视化、量化和定位OVs的分布，特别是在合成过程中监测OVs的产生及其随后的淬火期的原位表征。第三，应该深入探讨OV的详细功能。随着对OVs理解的加深，人们认识到它们在光催化反应中的具体作用是形成有缺陷的能级，以增强光吸收，促进电荷分离和增加反应物的吸附。第四，OV工程在各种光催化应用中显示出光明的前景，但是其在其他相关领域（例如电化学储能（金属离子电池和超级电容器））的潜力还没有得到很好的开发。
Lin Hao et al. Oxygen Vacant Semiconductor Photocatalysts. Advanced Functional Materials, 2021.DOI: 10.1002/adfm.202100919https://doi.org/10.1002/adfm.202100919
