英国伯明翰大学资料学院董汉山课题组近来在块状脱氧氧化锆的等离子体缺点工程范畴取得了重要开展，2023年11月，相关效果以“Plasma defect-engineering of bulk oxygen-deficient zirconia”为题在世界闻名期刊《Acta Materialia》上宣布。博后研讨员Behnam Dashtbozorg为榜首作者，博士生石方舟为通讯作者，伯明翰大学为榜首单位。

  缺氧氧化锆（ZrO2-x）最近已成为一种有出路的光吸收和光催化运用资料。尽管试验室与工业重制备脱氧氧化锆的办法很多，可是，块状 ZrO2-x的经济且环保的制作依然具有挑战性，这一点的存在约束了其广泛的运用。

  最近，经过低压（300Pa）等离子体处理（H2，500°C，5h），细密黑化的块状脱氧氧化锆被合成了，在具有结构稳定性的一起，没有引进新的相。在文章中，作者用EPR（电子顺磁共振），XPS（X 射线光电子能谱）等手法承认了黑色氧化锆中氧空位的存在，用TGA（热重剖析）和DSC（差热扫描）调查到了放热暖流以及相对质量添加作为辅助性依据支撑氧空位的添加。DRS（漫反射光谱）在整个光谱内（200-3000nm）内均匀添加了66.2%，XPS和DRS标明直接带隙下降从4.84到2.61eV，直接带隙下降从3.19到1.45eV。经过有用增强光吸收才能、削减带隙跃迁并坚持氧化锆的结构完整性，低压等离子体处理为下一代 ZrO 2-x资料的环保出产供给了一种有出路且可扩展的办法。

  低压等离子体处理示意图以及进程图如图一所示，从图中能清楚的看到，在刚开始等离子体处理中，辉光放电仅在阴极作业台上，而处理一段时间今后，氧化锆样品上也能够调查到辉光放电。

  样品在等离子体处理之后的色彩改变，能清楚的看到，未处理的样品外表与横截面为白色，等离子处理之后的样品外表与横截面具有细密的黑色，有意思的是，黑色样品的横截面具有肉眼可见的色彩梯度，横截面视图提醒了内部色彩梯度，面向阴极的底面显得较暗，面向阳极的顶面显得较浅。这在某种程度上预示着，等离子体处理进程得到的脱氧氧化锆中色彩的发生具有方向性。

  尽管等离子体处理前后氧化锆有着十分明显的色彩改变，可是XRD与拉曼剖析中并未曾发现新相的生成，两种样品同归归于3mol%YSZ，拉曼扫面中不同振动形式的特征峰体现共同，光谱的反卷积和拟合标明峰没有共同或明显的位移或展宽，标明晶格中无明显的长程畸变。

  为承认等离子体处理后样品中氧空位的存在，作为氧空位表征的比照剖析的手法之一，EPR剖析部分评论了氧化锆复原进程中的多重或许形式，并展现了等离子体处理之后新的顺磁中心的构成。

  为了进一步剖析氧化锆中的键合环境，XPS丈量清晰的显现了锆比如的削减于氧空位的构成。

  为剖析等离子体处理之后氧化锆的能带结构，运用 Tauc 办法和 Kubelka-Munk 函数的组合来近似E g值，并依据光子能量制作。与未经处理的氧化锆比较，经过等离子体处理的氧化锆的直接带隙（从 4.84 eV 降至 2.61 eV）和直接带隙（从 3.19 eV 降至 1.45 eV）均明显下降。

  图7. 未经处理和等离子体处理的氧化锆的（a）直接带隙(Eg)、(b)直接带隙和(c)价带方位。

  这项研讨为低压等离子体处理范畴的未来开展奠定了根底，特别是开发新式块体改变半导体氧化锆资料。从这项研讨中取得的发现和见地能够为更杂乱和工业上可行的等离子体处理的规划和优化铺平道路。咱们的资料的性质和结构标明它或许是光催化的有出路的候选者。但是，需求专门的试验来证明这一点，这超出了本文的规模，应该在未来的研讨中考虑。经过这项研讨，还能够将低压等离子体处理的运用扩展到其他资料，为资料的立异出产和开发拓荒新的时机。