氧空位的产生和湮没是像CeO2这样的非化学计量氧化物中的关键过程。氧化物表面的氧空位产生和湮没率部分地决定了它与周围环境交换氧的能力，这对许多应用都是至关重要的，包括能源技术、环境污染物修复和化学合成。探索局部氧空位反应速率与原子水平结构不均匀性之间的关系的实验方法，将为合理设计和控制表面功能提供重要信息，然而，迄今为止还没有这种方法。
有鉴于此，美国亚利桑那州立大学Peter A. Crozier等人，使用时间分辨原位像差校正的透射电子显微镜表征阳离子中的微尺度流动行为，以在氧化物纳米粒子表面上的氧空位产生和湮没率中定位原子水平的变化。
本文要点
1）无论导致空位形成或湮没的表面化学过程的细节如何，阳离子的局部流动行为提供了表面氧空位活性的局部指示器。在较高的温度下，氧空位产生和湮灭的速度对于当代的电子探测系统来说可能太快了。例如，假设某一特定活性部位的活化能约为1 eV，则在300 ~ 800℃的温度范围内，产生/湮灭事件数将为每秒104 ~ 106次。然而，在室温下工作会降低动力学。将这种方法应用于氧化铈(CeO2)纳米颗粒，这是一种常用的氧化催化剂，可以在室温氧化还原反应中提供晶格氧。
2）开发和采用一种方法，该方法使用时间分辨原位像差校正的透射电子显微镜（AC-TEM）来观察氧化物纳米粒子表面上阳离子亚晶格的原子级循环畸变。研究发现，流动行为受到晶面、应变和表面缺陷结构(如台阶和边缘位点)的强烈影响。低配位数的位点（例如台阶和边缘）以及局部应变的位点显示出最大的阳离子位移，这意味着这些位点的表面氧空位活性增强。
总之，该方法在涉及表面和界面传输功能的更广泛的材料和催化问题上具有潜在的应用。
参考文献：
Ethan L. Lawrence et al. Atomic Scale Characterization of Fluxional Cation Behavior on Nanoparticle Surfaces: Probing Oxygen Vacancy Creation/Annihilation at Surface Sites. ACS Nano, 2021.
DOI: 10.1021/acsnano.0c07584
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07584
