基于半導體的光催化是通過消除氮氧化物(NO)來凈化空氣的理想方法。然而，載流子分離緩慢、光催化劑失活和氧化不完全是光催化處理室內污染物NO的主要瓶頸。基于此，中科院化學研究所盛樺、漢諾威-萊布尼茨大學Detlef W. Bahnemann和北京工業大學熱沙來提·海里里等構建了具有可控梯度表面缺陷的納米結構ZnO，并進一步用于光催化NO去除以研究表面缺陷的作用。

在合成過程中使用的鋰基助焊劑提供了還原氣氛，在這種氣氛下，表面空位的自發產生變得更容易，梯度濃度得到精確控制。光催化劑表征證實了表面缺陷的成功產生，并通過太陽光驅動的NO(ppb級)去除研究進一步評估了這些缺陷。結果表明，與純ZnO和貧V_O-ZnO相比，富含氧空位的ZnO(富V_O-ZnO)NO去除率分別提高5.43和1.63倍，并且有毒產物NO₂形也大幅度減少。重要的是，在非極性面上具有較高V_O的ZnO不僅顯示出增強的NO轉化，而且還顯示出通過產生NO₃^–的NO去除過程。

基于表面V_O、優化的能帶結構和增強的載流子分離，研究人員進一步研究了促進NO轉化的合理反應機制。結果表明，表面V_O梯度濃度不僅促進載流子分離，而且促進分子氧活化，導致強氧化劑超氧自由基(·O₂^–)的產生，有助于提高光催化效率。通過密度泛函理論(DFT)計算進一步研究了小分子(O₂、H₂O和NO)在缺陷表面的吸附，證明了NO和O₂的成功吸附/活化進一步促進了NO轉化率的提高。

ZnO with Controllable Oxygen Vacancies for Photocatalytic Nitrogen Oxide Removal. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02326