说明：文章中华算科技系统梳理了氧空位的定义、形成能公式及调控策略。此外本文以“工作原理+典型案例”的形式，详细介绍了XRD、XPS、EPR、Raman、XAFS、STEM、EELS、吸附能与形成能计算等氧空位测试表征和理论计算方法。

一、什么是氧空位？

因氧原子脱离晶格位点而形成的本征缺陷在理想的金属氧化物晶格中，氧原子与金属原子按照特定的周期性规律排列，维持晶体结构的完整性和电中性。当外界条件发生变化（如温度升高、还原气氛作用等）时，。

捕获电子来维持电荷稳定，进而改变材料的电子结构、表面化学性质及物理化学性能，氧空位的核心相关公式主要为，用于定，是判断氧空位易形成程度的关键参数：

EvacEdefect：含有氧空位的缺陷晶体的总能量（单位：eV）； μO测试表征是定性识别氧空位存在、定量分析其浓度及分布的核心手段，以下结合具体原理与论文案例展开解析：

1.X射线衍射（XRD）

，导致衍射峰出现宽化（晶格无序度增加）、强度减弱（晶体完整性下降）或峰位偏移（晶格参数变化），通过这些特征可间接证实氧空位存在。

结果显示，含氧空位的 Co₃O₄样品衍射峰强度显著弱于无缺陷样品，且峰形更宽氧空位会改变周围原子的化学环境，导致金属元素或氧元素的结合能发生位移下图对 2.85AuPd1.87/3DOM CeO₂样品的 O 1s 谱分析显示，adslatt氧空位的形成会导致晶体中出现未成对电子，EPR 对未成对电子敏感，可检测到特征共振信号（通常 g 因子≈2.004）；。

图 D 为不同 Mn 基样品的 EPR 谱图，横坐标为磁场强度（mT），纵坐标为信号强度；拉曼光谱反映晶格振动能量，氧空位会改变原子间作用力，导致；例如 CeO₂中，Ce³⁺的存在与氧空位直接相关，会在 595 cm⁻¹ 处出现氧空位特征峰.

结果显示，OV-Co₃O₄的主峰半高宽（FWHM）较 Co₃O₄-P 拓宽 15%-20%，表明还原后表面氧空位数量显著增加。

5.X射线吸收精细结构谱（XAFS）

氧空位会减少金属 – 氧配位数，导致 EXAFS 振荡幅度降低下图为结果显示，Co₃O₄-R 的 EXAFS 振荡幅度最小，拟合得 Co-O 配位数低于 Co₃O₄-S 、 Co₃O₄-C ，证实棒状 Co₃O₄中氧空位最多。

6.扫描透射电子显微镜（STEM）

晶格中氧原子缺失的位置会呈现暗点或空位下图 FCo₃O₄晶格中存在未被原子占据的暗点，这些暗点即为氧空位，且氧空位主要分布在晶格表面及缺陷位对于CeO₂等材料，Ce³⁺的比例与氧空位浓度直接相关，通过Ce M₄,₅-edge EELS谱图的M₅/M₄峰强比可。

结果显示不同位置（体相、表面）的Ce³⁺比例存在差异，实现了氧空位从表面到体相的分布表征。

理论计算模拟

1. 吸附能与氧空位形成能计算

反映反应物分子与催化剂表面的相互作用强度，越负，吸附作用越强，越有利于反应物活化下 图 A 为通过DFT计算研究MnZrO₂催化剂的氧空位形成能与O₂吸附能，图 B 为对α-MnO₂不同晶面的氧空位形成能计算，通过向金属氧化物晶格中掺杂阳离子或阴离子，打破晶格氧的周期性排列下图 A呈现了掺杂元素（Ce、Cu）在 MOF 框架中的均匀分布利用酸、碱或等离子体的腐蚀作用，选择性溶解氧化物表面的金属元素或氧原子，破坏晶格完整性下图 b 为高温条件下晶格原子振动加剧，表面晶格氧的扩散与溢出能力增强，易脱离晶格形成氧空位下图 A 中，以 Bi (NO₃)₃・5H₂O 和 KBr 为原料，通过调控原料质量比（Bi:KBr=1:1 至 1:3）和水热时间，成功制备 BiO₂₋ₓ纳米片（氧空位浓度～5%）、Bi₂O₄纳米棒（氧空位浓度～2%）及 Bi₂O₄/BiO₂₋ₓ核壳复合材料（氧空位浓度～8%）；其中核壳结构的氧空位与异质结协同作用，使材料的光吸收范围从 460 nm 拓宽至 780 nm，对 RhB 的降解率达 99%。

10.1016/j.apmate.2024.100201

总结

分析氧空位需结合 EPR、STM、XPS 等实验表征实现空位定性定量与定位，配合DFT理论计算进一步揭示形成机制与作用本质。