说明：本文华算科技介绍了氧空位定义、成因及在催化、离子/电子导电、光电磁学中的关键作用，重点介绍EQCM、EIS、LSV、CV、计时电位、原位Raman/XAS等电化学技术，如何原位、动态捕捉氧空位生成、浓度与活性，为实时优化材料性能提供方法。

什么是氧空位？

固体材料，指晶体结构中原本应由氧原子占据的位置由于缺失而形成的空位。

。

图DOI:10.1038/s41467-020-15153-8

氧空位有什么作用？

催化活性中心

水分解（析氧反应）和氧还原反应）中，氧空位不仅能。

2.界面氧空位的局域电子结构调控增强DOI: 10.1021/acscatal.3c06234

离子/电子导电性

SOFC氧空位作为施主缺陷，可以提高材料的电子浓度，改善其电子导电性氧空位能够在半导体的带隙中引入缺陷能级，从而影响其光吸收、光生载流子分离效率以及发光特性3. 3D氧空位有序与磁/电耦合示意图。传统上，表征氧空位依赖于多种物理和光谱技术，如射线光电子能谱（XPS）、（EPR）、X射线吸收光谱（XAS）和（TEM）然而，这些方法大多为非原位（）或需要高真空环境，难以实时、动态地揭示在真实电化学工作条件下氧空位的行为。

图4O 1sDOI: 10.1038/s41467-023-37008-8

高灵敏度、原位探测能力以及与实际应用场景的高度相关性氧空位及其周边环境具有电化学活性类氧化原中心赝电容贡献赝电容。通过分析材料的电容行为，可以间接推断氧空位的数量和活性。

电化学石英晶体微天平（EQCM是一种结合电化学与质量测量的原位技术，通过监测石英晶体振荡频率的变化来实时追踪电化学反应中质量的变化。

石英晶体的压电效应0），其中。

1EQCM检测到频率变化。

）动力学研究，结合电化学信号（如电流）分析其动力学机制。

）缺陷浓度估算.DOI: 10.1038/s41467-025-64346-6

电化学阻抗谱（EIS）

）通过施加小振幅的交流电位，测量系统的阻抗（Z）随频率变化的响应。其核心原理是如何表征氧空位？

氧空位的引入通常会导致电荷传输阻抗（Rct）的降低，这在Nyquist图中表现为半圆弧半径的减小此外，氧空位有助于氧离子和电子的协同迁移，从而改善整体的离子导电性，这也可能导致。在等效电路模型中，氧空位的存在可能还会影响或赝电容的表现，进一步反映在阻抗谱的中高频区域。

图6线性扫描伏安（）是通过在电极上施加线性变化的电压，并记录电流响应的电化学分析技术如何表征氧空位？

氧空位能够作为活性位点，促进反应的发生。电流响应增强（更高的峰电流密度）以及过电位的降低（更小的起始电位）此外，氧空位还能影响电子/离子的迁移行为，使材料具有更快的反应动力学，这在LSV曲线中可能。

LSV并不能直接“测量”氧空位，而是结合其他表征（如XPS、EPR等）进行联合分析. O-IrO2与10DOI: 10.1002/adfm.202516646

原位光谱电化学（Operando Raman / XAS）

Operando Spectroscopy如何表征氧空位？

氧空位的生成或变化会引起晶体结构局域畸变，从而影响特征拉曼峰的位置、强度或宽度例如，某些金属氧化物中，由于氧空位诱导的对称性破缺，拉曼活性模式，这些变化可以用来追踪氧空位的形成过程及其在电化学反应中的演化行为。

氧空位的产生会改变金属中心的配位环境和氧化态，进而影响XANES吸收边的位置和强度.原位DOI: 10.1002/adma.202507363

循环伏安法（CV）

，反映材料在氧化还原过程中的电子转移行为和界面动力学特性。其对氧空位表征具有间接但敏感的响应能力。

在CV测试中，，这说明电荷转移过程更为迅速、反应更易进行。

从而使CV曲线表现为更大的封闭回滞面积此外，氧空位还会改变材料的导电性和表面电荷密度，使。因此，通过对比不同样品或不同处理条件下CV曲线的变化趋势（如峰面积、峰位、对称性和电流响应等），可以间接分析氧空位的浓度和活性贡献。

计时电位法通过在恒定电位下测量电流随时间的衰减行为，反映电极过程中的扩散控制与表面反应动力学，适用于探讨氧空位引起的电化学响应变化。

1）氧空位诱导的电流增强。这是因为氧空位能够增加电荷迁移通道密度，改善电子和离子的传导性能，同时提供更多的表面活性位点，促进反应物的吸附与活化，从而增强整体反应速率。

：通过长时间CA测试，可监测氧空位在电化学反应过程中的动态行为。如果电流在反应过程中迅速衰减，可能表明氧空位发生重构、迁移或被钝化，导致催化活性下降3）扩散行为定量分析：