‍20世纪工业化和城市化的迅猛发展加剧了全球能源危机和水污染。光催化技术作为一种有前途的水污染处理方法，引起了人们的极大兴趣。然而，光催化过程中光产生的电子、空穴的分离以及快速重组极大地限制了光催化效率。近年来，压电材料中的极化现象可以产生一个外电场，促进光生电子-空穴对的分离，因此压电催化技术受到了广泛的关注。与光催化相结合，提供具有抑制载流子复合能力的压电材料，即压电光催化，是一个很有吸引力的解决方案。压电材料的带隙相对较宽，因此需要找到合适的方法减小带隙，从而有效地提高这类材料的光吸收能力。为了缩小光催化材料的带隙，有多种改性策略，其中缺陷工程是实现高光催化效率的重要途径。最方便的方法是引入氧空位(OVs)。OVs可以作为光产生的电荷捕获中心和吸附位点，防止电子和空穴的复合。多个报道证实了引入OVs是减小AgNbO3带隙的有效方法，但是暂时没有针对减小带隙的量化研究。

安徽大学的研究人员通过N2-退火将氧空位（OVs）引入到AgNbO3中，系统的探讨了OVs对AgNbO3带隙的影响，揭示了ANO-N2粉末的压电光催化机理。相关论文以题为“Oxygen-vacancy-enhanced piezo-photocatalytic performance of AgNbO3”发表在Scripta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114234

研究发现OH-/·OH的标准氧化还原电位为1.99eV，O2/·O2为0.33eV。 ANO-N2 的导带(CB)小于-0.33 eV，价带(VB)大于1.99 eV。因此，VB中的电子(e)在UV-vis光下被激发到CB，而VB中仍保留着等量的空穴。一方面，超声振动能使空化气泡形成、膨胀、破裂，产生大量的电荷；另一方面，超声波产生的应力可以诱导正负电荷向压电半导体的相反表面方向移动，从而产生内部电场。在电场作用下促进电荷分离。

此外，这些束缚电荷可以通过自由载流子向反相表面的转移和积累，被ANO-N2的CB和VB中的自由电子和空穴所补偿，从而导致能带弯曲。CB中的自由电子在阳极表面与O2反应生成·O2-，VB中的h+在阴极表面与水分子反应生成·OH。OVs的存在降低了材料的价带位置(从2.50eV减小到2.24 eV)，使带隙缩小(从2.87eV减小到2.63 eV)，促进了光的吸收。在超声振动条件下，OVs的存在有利于电荷的分离和传输(P-E结果)。总的来说，OVs可以缩小带隙，提高吸光度，最重要的是促进电场作用下电子-空穴对的分离。

图 1 (a, c, e) ANO和(b, d, f) ANO-N2的SEM和元素分布图

图2 ANO和ANO-N2能带隙以及计算的AgNbO3电子态密度(DOS)

图3 (a) RhB在光和超声条件下对ANO-N2的可见光谱吸收；(b)不同控制条件下RhB对ANO和ANO-N2的降解；(c)RhB降解反应动力学；(d)不同清除剂ANO-N2在光和超声条件下的降解曲线

图4. ANO-N2的压电光催化机理

综上所述，采用N2-退火方法，将OVs引入到AgNbO3中。在ANO-N2中，OVs可以缩小带隙，提高吸光度，最重要的是在电场作用下促进电子-空穴对的分离，从而提高压电光催化性能。理论计算表明，OVs有利于增强AgNbO3的还原能力，从而增强了压电光催化降解RhB的活性。本文为研究缺陷与压电光催化净化水污染物的协同效应提供了一种合理的方法。 （文：破风）

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