缺陷在催化反应中起着关键作用，因为它们具有不饱和的配位作用和提供独特的反应活性。催化剂中的缺陷会降低相邻原子的配位数，产生对反应物分子的吸附和活化至关重要的不饱和中心。虽然单个缺陷已经受到相当多的关注，但最近的研究越来越多地集中在集群/缔合的缺陷工程。这表明可以有意调整不同缺陷的类型和相对丰度，以精细调整活性位点的局部电子和几何结构，从而改变反应物活化过程中催化剂的电子供体/受体能力。
尽管与各种缺陷配置相关的研究取得了巨大成果，但控制缺陷类型和相对丰度仍然是一个重大的挑战。这一挑战源于它们的结构多样性、高形成能和不稳定性。此外，催化剂中缺陷构型的来源，特别是集群/相连的缺陷构型，仍然是未知的。
近日，浙江大学翁小乐课题组开发了一种有效的工程策略，成功地实现了纳米Ni掺杂TiO2中三重O-Ti-O空位缔合物(VOVTiVO)的可控制备和定量识别，同时实现了H2O催化活化增强。
具体而言，研究人员首先在表面包覆有机物的锐钛矿型TiO2中引入原子分散的Ni原子，然后在N2或空气气氛下煅烧，操纵了Ni掺杂TiO2中缺陷的主要类型和相对丰度，从单个氧空位过渡到阴阳离子空位。空气老化过程中OHte的产生促进了VOVTiVO的形成，Ni的掺杂增加了VOVTiVO的相对丰度。
此外，结合实验结果和理论分析，揭示了缺陷构型在H2O活化中的关键作用。吸附在不饱和阳离子位点的末端羟基在促进VOVTiVO形成中起重要作用，其增强H2O解离并促进解离性OH*去质子化用于缺陷位点再生，从而促进HER和HDC反应的持续H2O活化。相比之下，单个氧缺陷很容易被游离桥接的羟基积累饱和，从而导致活性位点的数量逐渐减少。
总的来说，这项工作为合理调整金属氧化物中主要空位结构以调整活性位点的电子结构铺平了道路，并且将推动开发在涉及水的各种反应的高效缺陷催化剂的进一步进展。
Engineering triple O-Ti-O vacancy associates for efficient water-activation catalysis. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-56190-5
【高端测试，找华算】🏅 同步辐射XAS限时直降1000元🎉原价3500/元素起，现仅需2500/元素起！
全球机时，三代光源，随寄随测！最快一周出结果，保证数据质量！
👉 点击阅读原文，立即下单！
