摘要：2025年1月20日，浙江大学翁小乐教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Engineering triple O-Ti-O vacancy associates for efficient water-activation c

缺陷工程可以通过精细调整活性位点的局部电子和几何结构，以在催化剂中产生各种空位构型。

然而，实现对这些缺陷的精确控制和识别仍然是一个重大挑战，尤其是催化剂中簇状或关联的空位构型的起源，目前仍然知之甚少。

2025年1月20日，浙江大学翁小乐教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Engineering triple O-Ti-O vacancy associates for efficient water-activation catalysis》的研究论文，Feng Bi、孟庆洁为论文共同第一作者，翁小乐教授为论文通讯作者。

翁小乐，浙江大学环境与资源学院教授、环境工程系主任，国家优青（2019）。1982年生，本科毕业于哈尔滨工业大学，硕士及博士（2008）均毕业于英国伦敦大学，2009年进入浙江大学从事博士后研究，2011年留校任教，2012年晋升副教授，2020年晋升教授。

翁小乐教授的研究方向为大气污染控制；环境催化化学；环境功能材料；超临界反应化学。其课题组已在Environ. Sci. Technol.等环境领域权威期刊发表SCI论文60余篇，合作撰写Chem. Rev. 1篇，授权国家发明专利10余项。

在本文中，作者成功实现了纳米级Ni掺杂TiO2中三重O-Ti-O空位缔合体（VOVTiVO）的可控制备和定量鉴定。

实验和理论分析表明，吸附在不饱和阳离子位点上的末端羟基在促进VOVTiVO形成方面发挥着重要作用，增强了H2O解离，并促进了解离OH*去质子化，以实现缺陷位点再生。

相反，单个VO很容易被解离的桥接羟基积累所饱和，导致活性位点数量逐渐减少。

VOVTiVO在Ni掺杂TiO2中的重要作用，通过其在析氢反应（HER）和加氢脱氯反应（HDC）中的类似催化性能得到证明。

本研究工作强调了设计空位相关活性位点的重要性，并提出了一种设计高活性和选择性催化剂以实现高效H2O反应的重要方法。

图1：催化剂制备及形貌表征

图2：结构表征

图3：化学环境表征

图4：VOVTiVO形成机制研究

图5：VOVTiVO在水活化中的促进作用

综上，作者通过缺陷工程策略，在纳米尺寸的Ni掺杂二氧化钛（Ni-doped TiO2）中成功实现了三重O-Ti-O空位缔合体（VOVTiVO）的可控制备和定量识别。结合实验与理论分析表明，末端羟基在不饱和阳离子位点上的吸附对促进VOVTiVO形成具有关键作用，并探讨了其在水活化催化中的重要性。

研究发现，VOVTiVO显著增强了水的解离能力，并促进了活性位点的再生，使得催化剂在析氢反应（HER）和加氢脱氯反应（HDC）中表现出优异的催化性能。

该成果不仅为设计高效、高选择性的催化剂提供了新的思路，也为理解缺陷在催化反应中的作用机制提供了重要见解。该研究的应用前景广阔，有望推动涉及水活化的能源转化和环境治理领域的发展，例如光催化制氢、有机污染物降解等。

Bi, F., Meng, Q., Zhang, Y. et al. Engineering triple O-Ti-O vacancy associates for efficient water-activation catalysis. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56190-5.

来源：华算科技