近日，我校工程物理学院微介观与微纳光学团队，以“Recent advances of oxygen vacancies in MoO₃: preparation and roles”为题在国际知名期刊Chemical Engineering Journal （中科院一区, IF：15.1）上发表综述论文。深圳技术大学为第一作者单位、第一完成单位和第一通讯单位。2023级硕士生程程为论文的第一作者，王爱武助理教授为本文通讯作者，苏尔坦亲王大学（沙特）Muhammad Humayun教授为该论文共同通讯作者，华中科技大学王春栋教授为共同作者。该工作得到了深圳技术大学高端人才启动经费项目的支持。

作为一种应用广泛的过渡金属氧化物半导体，氧化钼因其储量丰富、成本低、价态丰富等优点具有巨大的应用潜力。然而，MoO₃的低电导率、宽带隙和缓慢的反应动力学阻碍了其进一步的应用。

大量研究表明，通过掺杂和其他方法引入氧空位以形成非化学计量比的MoO₃可以有效地调节其带隙和载流子浓度，这是促进电学性能的重要参数。此外，氧空位的形成可以增加层间间距，从而提高电化学性能。同时，MoO₃中氧空位的形成促进了反应底物的吸引力，从而降低了反应所需的能量，提高了检测能力。虽然氧空位的引入对提高氧化钼性能具有重要作用，但还没有研究对此进行系统综述。

该论文回顾了纳米结构氧化钼的最新研究进展，重点论证了氧空位对其物理和化学性质的影响。系统阐述了氧化钼纳米结构中氧空位的引入方法。在应用部分，该论文还特别关注氧空位的引入和含量变化对氧化钼基材料性能的影响，涉及催化、变色器件、储能领域等。此外，通过回顾密度泛函理论计算结果，进一步阐明了氧化钼中氧空位的形成机制及其对半导体能带的影响。最后，对氧化钼中氧空位的调节和利用提出了一些建议，为氧化钼的进一步设计和应用提出了自己的观点。

论文结构示意图

(A)合成的光致变色玻璃的透明度。(B)重新堆叠的α-MoO_3-x纳米片薄膜(a)在白光照射前、(b)照射两小时后和(c)热处理后的典型吸收光谱。插图：相应样品的图像(a-c)。比例尺尺寸为0.5 cm。(C)由脉冲激光沉积技术制备的MoO₃薄膜在氧分压约为100 mTorr时的透射光谱。

MoO_3-x具有较强的局域表面等离子体效应和独特的缺氧结构，且钼的价态易于改变，是一种优良的变色材料。在钼基材料中，通过引入氧空位可以实现从Mo⁶⁺到Mo⁵⁺的快速颜色转换，具有反应快、显色效果好、活化电位梯度小、显色变化小等特点。这种材料的变色特性可用于各种应用，包括可穿戴技术、视觉监控和智能建筑。 

（A）MoO₃的优化模型、能带结构图和态密度图。（B）MoO_3-x的优化模型、能带结构图和态密度图。（C）Dv、Dp1和Dp2的最小能量路径分别由MoO₃ NB上的黑线和红线以及具有氧空位的线表示。（D） AlCl₃电解质中的OD-MoO_3-x电极反应。

DFT计算结果表明，Mo的加入和氧空位的存在可以改变材料的电子结构和局部配位环境，这对于提高其电化学性能非常有利。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155246