晶体缺陷是指晶体内部原子排列的局部不规则现象，这类缺陷会显著影响材料的物理化学性质，尤其是在催化领域具有重要作用。以下是具体分类及其对催化的影响：
晶体缺陷的分类
点缺陷
点缺陷的特征是三个方向的尺寸都很小，不超过几个原子间距，晶体中的点缺陷主要指空位、间隙原子和置换原子，如图所示。这里所说的间隙原子是指应占据正常阵点的原子跑到了点阵间隙中。
晶体点缺陷示意图（空位与间隙原子）
在任何温度下，金属晶体中的原子都是以其平衡位置为中心不间断地进行着热振动。原子的振幅大小与温度有关，温度越高，振幅越大。在一定的温度下，每个原子的振动能量并不完全相同，在某一瞬间，某些原子的能量可能高些，其振幅就要大些:而另一些原子的能量可能低些，振幅就要小些。
对一个原子来说，这一瞬间能量可能高些，另一瞬间能量反而可能低些，这种现象称为能量起伏。根据统计规律，在某一温度下的某一瞬间，总有一些原子具有足够高的能量，以克服周围原子对它的约束，脱离开原来的平衡位置迁移到别处，其结果，即在原位置上出现了空结点，这就是空位(vacancy)。显然，这种脱位的原子越多，空位也就越多。
脱位原子的去处大致有三：一是跑到晶体表面去，这样所产生的空位称肖脱基(Schottky)空位；二是跑到点阵间隙中，所产生的空位称弗兰克空位；三是跑到其他空位中，这当然不会增加新空位，但可使空位变换位置。
指原子尺度的一维缺陷，包括：
空位：晶格中缺失原子（如金属中的阳离子空位）。
间隙原子：原子挤入晶格间隙（如自间隙原子）。
杂质原子：外来原子替代或占据晶格位置（如掺杂金属离子）。
线缺陷（位错）
刃型位错如图所示，设有一简单立方结构的晶体，在切应力的作用下发生局部滑移，发生局部滑移后晶体内在垂直方向出现了一个多余的半原子面，显然在晶格内产生了缺陷，这就是位错，这种位错在晶体中有一个刀刃状的多余半原子面，所以称为刃型位错。
由图中可以看出位错线的上部邻近范围受到压应力，而下部邻近范围受到拉应力，离位错线较远处原子排列正常。通常称晶体上半部多出原子面的位错为正刃型位错，用符号“┴”表示，反之为负刃型位错，用“┬”表示。当然这种规定都是相对的。
刃型位错：晶格中存在额外的半原子面。
螺型位错：原子面呈螺旋状排列。
刃型位错与螺型位错结构示意图
面缺陷（二维缺陷）包括：
晶界：多晶材料中不同晶粒的界面。
相界：不同相之间的界面（如金属与氧化物）。
孪晶界：晶格呈镜像对称的边界。
多晶材料晶界示意图
体缺陷
三维缺陷，如气孔、裂纹或第二相夹杂物。
晶体缺陷对催化的影响
点缺陷：活性位点与电子结构调控
氧空位（如CeO₂中的氧缺陷）：增强电子转移能力，提升氧化还原活性。例如，含氧空位的二氧化钛催化剂在脱硝反应中表现出优异的抗中毒性能。
杂质掺杂（如Mg掺杂MnO₂）：通过阳离子空位增加比表面积和反应位点密度，降低甲苯完全氧化温度。
CeO₂氧空位催化反应示意图
DOI：10.1016/j.checat.2022.05.001
线缺陷（位错）：促进反应物吸附与扩散
位错区域的晶格畸变可降低反应活化能。例如，铜催化剂中的位错密度影响CO₂还原反应的产物选择性，高晶界与低位错结构更有利于生成高附加值产物（如CH₄）。
面缺陷（晶界、相界）：界面效应与协同作用
晶界处原子配位不饱和，形成高活性位点。例如，多晶铜的晶界区域在电催化CO₂还原中表现出更高的CO生成效率；相界（如金属-氧化物界面）通过电子耦合增强催化稳定性。例如，钛白粉中引入氧空位后，界面电荷重新分布提升了抗硫性能 。
多晶铜晶界催化CO₂还原示意图
DOI：10.1038/s41586-022-05540-0
发现铜纳米催化剂在最开始的温和反应电势（0 V左右）下会还原单分散Cu@Cu2O纳米颗粒的表层氧化亚铜，并初步团聚成松散结合的金属态铜聚合体（图e,f）。
接着，在实际CO2RR工作的电势（-0.8 V）条件下聚合体会进一步团聚成紧凑的多晶的金属铜（图j）。在反应结束后，一旦暴露在空气中，多晶的金属铜会迅速氧化变成单晶的氧化亚铜立方体。
体缺陷：调控传质与稳定性
气孔和裂纹可增加催化剂比表面积，但过量缺陷可能导致结构坍塌。例如，通过高压扭转制备的铜盘需平衡晶界密度与位错数量以优化催化性能。
总结
晶体缺陷通过改变材料的电子结构、暴露活性位点及优化反应路径，成为调控催化性能的关键因素。未来研究需聚焦缺陷的精准调控与动态表征，以实现更高效的催化剂设计。