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基於半導體的光催化是通過消除氮氧化物(NO)來淨化空氣的理想方法。然而，載流子分離緩慢、光催化劑失活和氧化不完全是光催化處理室內污染物NO的主要瓶頸。基於此，中科院化學研究所盛樺、漢諾威-萊布尼茨大學Detlef W. Bahnemann和北京工業大學熱沙來提·海里里等構建了具有可控梯度表面缺陷的納米結構ZnO，並進一步用於光催化NO去除以研究表面缺陷的作用。

在合成過程中使用的鋰基助焊劑提供了還原氣氛，在這種氣氛下，表面空位的自發產生變得更容易，梯度濃度得到精確控制。光催化劑表徵證實了表面缺陷的成功產生，並通過太陽光驅動的NO(ppb級)去除研究進一步評估了這些缺陷。結果表明，與純ZnO和貧VO-ZnO相比，富含氧空位的ZnO(富VO-ZnO)NO去除率分別提高5.43和1.63倍，並且有毒產物NO2形也大幅度減少。重要的是，在非極性面上具有較高VO的ZnO不僅顯示出增強的NO轉化，而且還顯示出通過產生NO3-的NO去除過程。

基於表面VO、優化的能帶結構和增強的載流子分離，研究人員進一步研究了促進NO轉化的合理反應機制。結果表明，表面VO梯度濃度不僅促進載流子分離，而且促進分子氧活化，導致強氧化劑超氧自由基(·O2-)的產生，有助於提高光催化效率。通過密度泛函理論(DFT)計算進一步研究了小分子(O2、H2O和NO)在缺陷表面的吸附，證明了NO和O2的成功吸附/活化進一步促進了NO轉化率的提高。

ZnO with Controllable Oxygen Vacancies for Photocatalytic Nitrogen Oxide Removal. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02326

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