氧空位在TiO2/Bi2O3中的双重作用：增强载流子分离与PDS活化的实验与DFT联合研究

为解决抗生素污染问题，研究人员通过层状溶剂热法调控TiO2-OV/Bi2O3中氧空位（OV）分布，结合PEC（光 electrocatalysis）/PDS（过硫酸盐）体系高效降解有机污染物。研究发现OV可降低带隙、促进载流子分离并激活PDS，DFT计算揭示了OV迁移机制，为设计高效催化剂提供了新思路。

　　

抗生素滥用导致的生态环境污染已成为全球性问题，尤其是以氧氟沙星（OFL）为代表的喹诺酮类抗生素，因其在水体中广泛检出且具有生物毒性，亟需高效降解技术。传统光 electrocatalysis（PEC）虽能利用光生载流子（e^?-h⁺）产生活性自由基，但存在载流子复合率高、氧化物种生成不足等瓶颈。为此，深圳大学的研究团队创新性地将过硫酸盐（PDS）活化与PEC耦合，并通过调控TiO₂/Bi₂O₃异质结中氧空位（O_V）的分布，实现了OFL的高效降解，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用层状溶剂热法制备TiO₂-O_V/Bi₂O₃，结合SEM、XPS、EPR等表征技术分析材料形貌与O_V分布，通过UV-Vis DRS和Mott-Schottky测试能带结构，并利用DFT计算O_V迁移能垒及PDS吸附能（E_ads）。

Characterization
SEM显示溶剂热处理后的TiO₂-O_V呈现清晰纳米管结构，为Bi₂O₃提供了更大附着面积。XPS和EPR证实O_V分为表面氧空位（SOV）和体相氧空位（BOV），且SOV优先形成后向内部迁移。

DFT模拟与机制
DFT计算表明：O_V可降低材料带隙并形成捕获电子的能级，抑制载流子复合；随着O_V含量增加，空位能级向导带移动，避免成为复合中心。此外，O_V显著提升PDS吸附与活化效率，使其作为电子受体促进降解。

Conclusions
该研究揭示了O_V的双重作用：优化能带结构增强光吸收，同时作为PDS活化位点。层状溶剂热法为精准调控O_V分布提供了新策略，而SOV→BOV的迁移行为（以浓度梯度为驱动力）的发现，为缺陷工程在环境催化中的应用奠定了理论基础。

意义
此项工作不仅为抗生素污染治理提供了高效催化剂设计范式，还通过实验与DFT的深度融合，阐明了O_V在材料制备与催化过程中的动态演变规律，对推动PEC-PDS协同技术的发展具有重要指导价值。