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空间限制在金属氧化物半导体表面上的氧空位（OVs）有利于光催化，特别是涉及O
2
的氧化还原反应。然而，利用热退火工艺产生表面OVs时，通常会在金属氧化物中产生不希望的块状OVs。
基于此，
福州大学王心晨教授和张金水教授（共同通讯作者）等人
报道了一种高压辅助热退火策略，用于选择性地将所需数量的OVs限制在金属氧化物（如氧化钨，WO
3
）表面上。在WO
3
上施加1.2 GPa的压力会引起明显的晶格压缩，增强了W-O键，提高了O迁移的扩散活化能。这种压力诱导的压缩有效地抑制了块状OVs的形成，导致WO
3
表面受限OVs密度高。这些定义明确的表面OVs显著增强了O
2
的光催化活性，促进了H
2
O
2
的产生和胺的有氧氧化偶联。本策略为其他金属氧化物的缺陷工程带来了希望，为一系列新兴应用提供了丰富的表面OVs。
相关工作以《Pressure-Induced Engineering of Surface Oxygen Vacancies on Metal Oxides for Heterogeneous Photocatalysis》为题发表在最新一期《Journal of the American Chemical Society》上。
王心晨
，福州大学副校长，福州大学化学学院教授/博士生导师、国家重点实验室副主任、中-德人工光合作用国际联合实验室主任，2014年获国家杰出青年科学基金，2016年获长江学者奖励计划。长期从事光催化研究工作，开创了氮化碳光催化研究新领域，实现从传统无机半导体光催化剂到聚合物半导体光催化剂的突破。
课题组网页：
http://wanglab.fzu.edu.cn.
张金水
，闽江学者特聘教授、博士生导师。2013年07月，获福州大学物理化学博士学位，导师王心晨教授；2013年10月—2017年7月，美国橡树岭国家实验室博士后，导师Sheng Dai教授；2017年7月，入职福州大学化学院&能源与环境光催化国家重点实验室。要在能源和环境相关领域从事功能材料的设计、合成，初步取得一些创新性的研究成果。
当对单斜WO
3
施加1.2 GPa的压力时，W-O键长度从1.93 Å减小到1.88 Å，W-O-W角从180°减小到156°。这种压缩导致OV的形成能量增加，特别是块状OV，并提高了OV迁移的动能屏障。因此，M-O键的断裂和O从块体向表面的扩散在热力学和动力学上都不利。
在WO
3
-1.2 GPa时，激子结合能（E
b
）为44.2 meV，远低于原始WO
3
的55.9 meV，表明具有缺陷能态的OVs促进激子解离。WO
3
-1.2 GPa和WO
3
-H
2
的斜率比原始WO
3
的斜率要小得多，表明OVs可以增加半导体中的载流子密度。由于OVs的存在，WO
3
-1.2 GPa和WO
3
-H
2
的光电流明显增强。WO
3
-1.2 GPa的优异性能表明，空间限制在表面的OVs比在块体上更能有效地改善光生电荷分离，凸显了表面OVs在提高光催化性能方面的关键作用。
通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了有或无表面OVs的单斜WO
3
对O
2
的吸附行为。O
2
与完全氧化的WO
3
相互作用适中，吸附能相对较小，为-0.24 eV。O
2
与缺陷WO
3
的相互作用增强，吸附能为-0.78 eV。电荷密度差图证实，电子从W原子转移到吸附O
2
的反键轨道。这种电子转移可以增强O
2
在表面的反应活性，并有可能改善O
2
参与的非均相反应的性能。通过增加O
2
摄取和增强氧还原反应性能，证明了OVs在O
2
吸附和活化中的独特作用。
在可见光（420 nm LED）照射下，光催化O
2
还原生成H
2
O
2
，不使用助催化剂和牺牲剂。WO
3
-1.2 GPa上H
2
O
2
的平均析出速率为2.51 μmol h
-1
，远高于原始WO
3
（0.40 μmol h
-1
）和WO
3
-H
2
（0.72 μmol h
-1
）。经O
3
处理后，WO
3
-1.2 GPa和WO
3
-H
2
活性明显降低，突出了表面OVs在增强光催化H
2
O
2
生成中的关键作用。此外，作者还进行了胺的有氧氧化偶联和水氧化。WO
3
-1.2 GPa在其表面空间限制了大量的OVs，仍比其他样品表现出更高的活性。在420 nm波长下，WO
3
-1.2 GPa的表观量子产率（AQY）分别为2.4、14.3和2.7%。
