经过工程设计的Bi3+空位修饰的Bi4Ti3O12纳米片：用于增强活性氧的产生及促进神经再生

《ACS ES&T Engineering》：Bi4Ti3O12 Nanoplates with Engineered Bi3+ Vacancies for Enhanced Reactive Oxygen Species Generation and Neuroregeneration

压电催化材料通过阳离子缺陷工程策略实现催化与神经再生双重性能提升。Bi4Ti3O12纳米片经Bi3+空位缺陷处理后，催化活性显著增强（•O2?浓度1.7倍，•OH浓度4倍，反应速率常数17倍），DFT计算证实缺陷态在禁带中形成中间能级促进电荷分离，同时超声-压电刺激下材料能有效促进神经元分化。

　　

由机械振动驱动的压电催化已成为环境修复和生物医学治疗领域的一种有前景的方法。然而，通过合理材料设计来实现高催化效率仍然是一个关键挑战。与广泛研究的氧空位策略不同，我们提出了一种新颖的阳离子缺陷工程策略，以同时提升催化性能和神经再生能力。本研究首次证明，铋空位（V_Bi）能够作为强活性位点，调节电子结构和电荷转移动力学，从而显著提高催化效率和神经元分化能力。与缺乏V_Bi的Bi₄Ti₃O₁₂相比，富含V_Bi的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片表现出显著增强的压电催化活性：•O₂^ˉ浓度增加了1.7倍，•OH浓度增加了4倍，反应速率常数增加了17倍。密度泛函理论（DFT）计算表明，V_Bi在带隙中引入了一个中间缺陷能级，从而促进了电荷分离和活性物种的生成。此外，在超声-压电刺激下，富含V_Bi的纳米片显著促进了神经元分化，凸显了其在催化和生物医学应用中的双重功能。总体而言，本研究为阳离子缺陷工程在提高高性能压电材料中的作用提供了全面见解，为环境修复和神经元再生应用建立了一种新颖而有效的范式。