在揮發性有機化合物（VOCs）催化氧化中，CEO2等金屬氧化物催化劑有望取代目前使用的最先進的催化劑。 雖然氧空位被認為是從這些新型催化劑中去除揮發性有機化合物（VOCs，如甲苯）的活性中心，但它們在反應過程中的動力學仍然不清楚，這影響了對其實際功能和活性的理解。 同時，由於氧空位參與活性氧的產生-消耗迴圈，在速率決定步驟中對氧物種吸附的研究受到阻礙。
基於此，李俊華，清華大學將該專案組合成具有不同氧空位濃度的CEO2基催化劑，並通過晶格拉伸應變和鈷摻雜誘導的電子缺陷增強了甲苯氧化機理。
從原子結構和電子調製的實驗表徵和第一性原理計算可以看出，鈷的摻雜會引起晶格拉伸應變和電子缺陷，從而導致結構缺陷和氧空位的形成。 此外，鈷摻雜劑在CEO2中高度分散，但當摻雜率提高到15%時，不可避免地會發生相分離，導致實際摻雜量和氧空位含量降低。 因此，10%鈷摻雜的CEO2具有最豐富的活性氧，在甲苯氧化中具有最佳的催化效能。
基於氧空位和氧物種變化的直接證據，除了表面再生外，氧空位還有助於活性氧在催化劑表面的儲存和擴散，這種機制可以在需要時提供額外的氧作為臨時補充。
同時，在甲苯的催化氧化過程中，氧空位的活性不足，而鈷的摻雜可以促進其活性，加速除芳環開環外的臨界控速步驟。 因此，基於氧空位作用的研究結果，可以從活性調控的角度為汙染物去除提供有效的催化劑設計策略。 同時，在未來的研究中，如增加D波段中心、減小帶隙、誘導自旋不對稱等，對能帶結構的調控更值得關注。
probing the actual role and activity of oxygen vacancies in toluene catalytic oxidation: evidence from in situ xps/nexafs and dft + u calculation. acs catalysis, 2023. doi: 10.1021/acscatal.3c00333