稀土掺杂在光催化中的应用..
稀土在催化材料中的应用现状及发展趋势
废FCC 催化剂中稀土的回收，REO = 3-
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1 稀土在石油化工催化材料方面的应用
在烯烃的氨氧化、低碳烷烃的芳构化、芳烃类化合物的异构化 等催化剂中也发挥了较大的作用。
例如，在甲烷氧化偶联制乙烯方面，现在也用上了稀土催化剂。 CH4+CO2（或其他氧化剂） C2H4+H2O
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3 稀土催化材料在高分子材料方面的应用
20世纪60年代，在高分子材料中掺杂稀土化合物出现的特殊功
效引起了科学界和工业界的高度关注。20世纪70年代日本学者发
现轻稀土化合物可作为PVC热稳定剂，有明显的稳定效果，并且无
毒无害、性价比高。法、俄等国在这方面也做了大量的研究。
稀土化合物在高分子材料合成、加工及功能化方面均具有独特而
3 在催化剂中应用的稀土元素主要是轻稀土：钪( Sc)、钇(Y )、 镧( La)、铈( C e)。
4 近年来因在军工、新能源、新材料等领域应用突出的中、重稀 土需求量的增加，导致Ce、La等高丰度轻稀土的大量积压，造 成了稀土利用的不平衡，La、Ce的价格一直很低。因此，大力 推进稀土催化新材料的研究和发展，对于实现我国稀土资源全 面、高效和平衡利用，推进新能源的利用和环境治理技术的进 步，具有重大的科学和社会意义，也能带来重大经济效益。
目前，主要应用在：挥发性有机废气治理、烟气脱硫、 燃烧过程脱氮、纳米稀土TiO2光催化、以及焦化污水催化 净化等方面。
2020/1/8
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2 稀土催化材料在环保方面的应用
稀土催化材料由于其独特的催化氧化性质，显示出越来越优越 的开发应用前景。其中稀土复合中孔催化材料具有大表面积、 合适孔径分布、结构稳定等特点，已经成为工业有机废气净化 中最有前景的催化材料之一。此外，通过纳米水平的设计，开 发出先进的稀土催化材料，可以在降低90%贵金属用量的情况 下仍能保证催化净化效率提高1倍。
稀土元素掺杂对纳米TiO2光催化剂性能的影响(1)
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冯良荣等： 稀土元素掺杂对纳米 !*RG 光催化剂性能的影响 表! !"#$ % 催化剂微晶结构与催化活性的关系
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稀土发光材料的应用
稀土发光材料的应用
稀土发光材料是指通过稀土元素掺杂后引入的缺陷能级，使材料在光激发下发生能级跃迁而发光的材料。
下面是稀土发光材料的应用：
一、发光材料
稀土发光材料可以应用于照明、显示、信息传输等领域。
比如，氧化铈中的氧空位能被Eu3+、Tb3+、Sm3+等元素作为宿主掺入，形成的材料可发出蓝、绿、红光，可以用于制备白光发光材料。
二、激光材料
稀土发光材料可以用于制备激光器。
比如，利用掺铒光纤和掺铒光纺织品，可以制备出具有985nm高能量激光输出的掺铒光纤激光器和几乎纯绿光输出的掺铒光纺织品激光器。
三、太阳能电池材料
稀土发光材料还可以用于制备太阳能电池。
比如，利用掺钕低聚物复合电解质，在太阳光的作用下，钕离子能够吸收能量，从而提高太阳能电池的转化效率。
四、光催化材料
稀土发光材料可以用于制备光催化材料。
比如，添加掺铈或掺钕的TiO2材料，在紫外光作用下能够吸收氧气，形成氧化亚氮和羟基自由基，从而具有良好的光催化性能。
五、生物传感材料
稀土发光材料还可以用于生物传感。
比如，利用荧光探针的特性，可以在细胞分子层面上进行生物分析和检测，稀土发光体系中的长发射寿命和独特的能量级分布也使其在分子分析中具有广泛的应用前景。
综上所述，稀土发光材料的应用领域十分广泛，具有重要的科学研究价值和应用前景。
稀土元素掺杂TiO_2光催化剂的制备与性能研究动态
2. 2 Ce4 +掺杂 TiO2 光催化活性及掺杂机理的探讨 Ce元素具有 + 3和 + 4两个价态 ,经高温焙烧后主
要以 4价的 CeO2 形式存在 ,少量 Ce掺杂后 TiO2 光催 化活性的提高主要是由于 Ce4 + 能成为光生电子捕获 剂 。由于 Ce4 + /Ce3 + 还 原反 应 所 具 有 的 势 能 级 为 1. 61V ,在紫外光照射下 , Ce4 +很容易捕获光生电子生成 Ce3 + ,起到光生电子捕获剂的作用 ,电子被捕获后 ,因 难以与空穴结合而分离 ,提高了 TiO2 的光催化活性 。 但随着 Ce4 +的增加 ,界面上 Ti4 +进入 CeO2 晶格的量也 随之增多 。 Ti4 + 进入 CeO2 晶格后被 8 个氧原子“锁 定 ”,价态不变 ,不能象 3 价稀土离子掺杂可捕获空穴 产生活性羟基 ,掺杂量增加的同时催化剂中电子捕获 剂表面 Ti4 +也减少 ,以上现象的同时发生造成了光生 电子 ———空穴对的快速复合 。这种影响要大于 Ce4 +的 正贡献 ,因而随着掺杂量的增加 ,催化剂活性降低 [10 ] 。 2. 3 其它稀土元素掺杂 TiO2 光催化活性及掺杂机理 探讨
环境和能源是 21 世纪人类面临和亟待解决的问 题 。能直接利用太阳能在常温下来驱动的光催化反应 技术成为一种较为理想的环境污染治理和清洁生产的 方式 ,在环保 、能源 、医药 、建材和食品等行业具有广阔 的应用前景 ,因而倍受科学界 、政府部门和企业界的重 视 。 TiO2 凭借其价廉 、无毒 、高稳定性 、耐腐蚀性 、可循 环利用等特点 ,成为一种极具发展前景的光催化剂主 体材料 ,已被广泛用于空气净化 、废水处理 、抗菌和表 面清洁等领域 。然而 , TiO2 本身存在光吸收范围窄 、光 电子 - 空穴对寿命短等缺点 ,限制了 TiO2 的实际应用 范围 。因此 , TiO2 的光催化活性必须得到充分提高 ,拓 展其可见光响应范围 ,使其具有更高光催化活性 。为 此 ,各国科研工作者采取了多种办法如贵金属沉积 、半 导体复合 、离子掺杂 、光敏化 、表面还原处理等 [1 - 4 ]来
稀土元素在发光材料中的应用
稀土元素在发光材料中的应用稀土元素是指原子序数为57至71的元素，它们在周期表的镧系元素中。
这些元素在自然界中非常稀少，因此被称为稀土元素。
稀土元素具有独特的性质和各种应用，其中在发光材料中的应用尤为广泛。
一、稀土元素的特性及其在发光材料中的重要性稀土元素的电子结构相对复杂，使其在吸收、发射光子等过程中表现出特殊的物理和化学性质。
这些性质使稀土元素在发光材料中具有重要的应用潜力。
1. 发光性能的调控稀土元素的能级结构决定了其光谱特性，不同的能级跃迁将产生不同波长的发光。
通过控制稀土元素的化学配合物，可以实现对发光性能的精确调控。
这使得稀土元素成为了发光材料的重要组成部分。
2. 发光量子效率的提高稀土元素对于吸收和发射光子的高效率转换，使其在提高发光量子效率方面具有独特优势。
发光材料中引入稀土元素能够提高发光效果，使光源更加明亮且具有较长的寿命。
3. 宽波长范围的发射光谱稀土元素可以通过调控能级结构实现发光波长的精确控制，这在发光材料中具有重要意义。
通过组合不同稀土元素，可以实现宽波长范围的发射光谱，从紫色至红外波段均可覆盖。
这使得发光材料可适用于不同的应用场景。
二、常见的稀土元素发光材料及其应用领域1. 镧系荧光粉镧系元素的荧光性能优越，常被用于制备荧光粉。
通过掺杂不同的稀土元素，可以得到不同颜色的荧光粉。
这些荧光粉广泛应用于LED照明、显示器、荧光屏等领域，能够提供清晰明亮的发光效果。
2. 稀土元素掺杂的半导体材料稀土元素掺杂的半导体材料被广泛应用于激光器、光纤通信等领域。
例如，钇铝石榴石中掺杂镝离子可产生红光，被用作红光激光器的激活剂。
这些稀土元素激发的发光材料在信息传输和高精度测量中具有重要作用。
3. 稀土元素掺杂的荧光薄膜稀土元素掺杂的荧光薄膜被广泛应用于平板显示、荧光标识等领域。
荧光薄膜的发光性能决定了显示效果的清晰度和色彩鲜艳度。
赤兔石中掺杂钆离子的荧光薄膜，能够产生红、绿、蓝三原色的发光，被用于显示器的背光源。
稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响
稀土Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响一、本文概述本文旨在探讨稀土元素Ce掺杂对ZnO结构和光催化性能的影响。
ZnO作为一种宽禁带半导体材料，因其优异的物理和化学性质，在光催化、太阳能电池、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，ZnO的光催化效率常常受到其光生电子-空穴对复合速率快的限制。
为了提高ZnO的光催化性能，研究者们常常采用元素掺杂、构建异质结等方法来改善其光生载流子的分离和传输。
稀土元素Ce因其独特的电子结构和光学性质，在掺杂改性中展现出巨大的潜力。
Ce的引入不仅可以调控ZnO的能带结构，提高其对可见光的吸收能力，还可以通过Ce的4f电子与ZnO的导带和价带之间的相互作用，抑制光生电子-空穴对的复合，从而提高ZnO的光催化活性。
本文首先通过文献综述，回顾了ZnO的光催化性能及其改性方法，重点介绍了稀土元素掺杂在ZnO改性中的应用。
随后，通过实验制备了不同Ce掺杂量的ZnO样品，并利用射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱等手段对样品的结构和光学性质进行了表征。
在此基础上，通过光催化降解有机污染物实验，评估了Ce掺杂对ZnO 光催化性能的影响，并探讨了其影响机制。
本文的研究结果将为进一步优化ZnO的光催化性能提供理论支持和实验依据，同时也为稀土元素在半导体材料改性中的应用提供新的思路和方法。
二、文献综述在过去的几十年里，氧化锌（ZnO）作为一种重要的半导体材料，在光电器件、气体传感器和光催化等领域受到了广泛的关注。
尤其是其优异的光催化性能，使得ZnO成为环境净化、能源转换等领域的研究热点。
然而，ZnO的宽带隙（约37 eV）限制了其只能吸收紫外光，限制了其在可见光催化领域的应用。
为了拓宽ZnO的光响应范围并提高其光催化活性，研究者们尝试了各种方法，其中稀土元素掺杂是一种有效的手段。
稀土元素，如铈（Ce），具有特殊的电子结构和光学性质。
Ce离子的引入不仅可以调节ZnO的能带结构，还可能引入新的缺陷能级，从而拓宽其光吸收范围。
稀土掺杂在光催化中的应用
现在共掺杂TiO2光催化剂中，0.1%La/0.3%Eu/TiO2的催化
活性最高。
稀土的共掺杂
• 掺杂改性是拓宽可见光谱范围和提高量子效率的重要方法， 然而研究发现，单元素掺杂往往只能够兼顾到其中的一面， 因此，共掺杂得到逐步的发展。
• 选择两种或多种离子对TiO2共掺杂改性，期望利用共掺杂离
子间的协同作用提供电子和空穴陷阱，抑制电子-空穴的复 合，提高光催化活性；同时，利用各掺杂离子的优势互补来 拓宽TiO2的吸收光谱范围，提高其在可见光下的光催化能力 。
Байду номын сангаас 稀土与金属元素的共掺杂
• 稀土元素半径较大，易造成晶格畸变，形成氧空位，而金属
和稀土元素都可以充当电子或空穴的捕获中心，因此二者的
协同作用共掺杂TiO2，有助于提高其光催化性能。
• 王东升等采用溶胶-凝胶法制备了Ag和Sm共掺杂的TiO2，当掺
杂1.0%Sm-1.2%Ag(摩尔分数)时，产物的光催化效果最佳， 经400W的高雅汞灯照射45min，对甲基橙的降解率达99.4%。
稀土单元素掺杂
• 谷科成等以TNT为降解物研究了镧掺杂纳米TiO2的光催化活 性，发现镧的掺杂减小了晶粒尺寸，并使TiO2的晶型转变温 度升高，其中2％(摩尔分数)La—TiO2的光催化效果最好， 紫外光下照射30 min能去除76.8％的TNT有机物。 • 赵伟伟等以钛酸丁酯为前驱体，采用溶胶一凝胶法制备掺铈 的TiO2粉末，结果表明，铈的掺杂会造成晶格不同程度的膨 胀，并影响光催化材料的比表面积，当掺杂量为0.3％且焙 烧温度为400℃时，紫外光下对甲基橙的降解率最高，1h能 达到98％左右。
化领域中得到广泛应用。
稀土作为催化剂,适用范围很广。几乎涉及所有的催化反 应。无论是氧化还原型,还是酸碱性,均相或多相,都充分显示了 稀土催化剂性能的多样。
稀土材料在光催化反应中的应用
稀土材料在光催化反应中的应用1. 引言光催化反应是一种利用光能转化化学能的技术。
稀土材料由于其特殊的光物理和化学性质，在光催化反应中展现出了广泛的应用潜力。
本文将重点介绍稀土材料在光催化反应中的应用，并讨论其优势和挑战。
2. 稀土材料概述稀土材料是指由稀土元素（镧、铈、钕等）组成的化合物或合金。
这些材料在光催化反应中的应用主要基于它们的特殊能带结构和光吸收能力。
稀土材料的能带结构可以调控其光电性能，使其能够吸收特定波长范围的光线，并转化为电子和空穴对，从而参与催化反应。
3. 稀土材料在水处理中的应用水处理是光催化反应的一个重要领域，稀土材料在其中扮演着重要的角色。
稀土材料可以被用于水中污染物的降解和氧化。
例如，铈氧化物（CeO2）是一种常用的稀土材料，具有优异的光催化性能。
它可以将水中的有机污染物转化为无害的物质，如二氧化碳和水。
钕掺杂铈氧化物（Nd-CeO2）则能够增强光催化反应的效果，提高降解污染物的速率。
4. 稀土材料在二氧化碳还原中的应用稀土材料在二氧化碳还原中也显示出了巨大的应用潜力。
二氧化碳是一种重要的温室气体，利用光催化反应将其转化为高值化学品或燃料是一种可持续的能源解决方案。
稀土材料可以作为光催化剂，将光能转化为化学能，促进二氧化碳的还原反应。
铈钕氧化物（CeNdOx）是一种常见的稀土材料，具有优异的光催化还原二氧化碳的能力。
5. 稀土材料在光电子器件中的应用除了在光催化反应中的应用，稀土材料还可以用于光电子器件制造。
稀土材料具有窄的能带结构和优异的光发射性能，因此被广泛用于LED（发光二极管）、荧光材料和激光器等领域。
其中，铈掺杂氧化锌（Ce-ZnO）是一种常用的稀土材料，具有良好的光电性能和稳定性。
6. 稀土材料的挑战与展望尽管稀土材料在光催化反应中显示出了巨大的应用潜力，但仍然存在一些挑战。
首先，稀土材料的合成和制备过程较复杂，增加了其生产成本。
其次，稀土元素的获取和处理也面临着环境和可持续性的问题。
稀土在催化材料中的应用现状及发展趋势资料
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稀土在催化材料中的应用现状 及发展趋势
2019/4/10 10
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稀土催化材料在高分子材料方面的应用
我国在稀土的应用研究工作起步较早，尚处于国际领先地位。80 年代中期，上海跃龙化工厂、包头塑料研究所等推出了RE-I 型稀 土稳定剂。1989 年，上海跃龙化工厂研制出无毒稀土镧系复合膏 状稳定剂。近年来，稀土化合物在高分子塑料助剂方面的研究应 用，经过20 多年的发展，已取得了许多令人瞩目的成果。 内蒙古科技大学等针对镧、铈的应用，已经开展了轻稀土稳定剂 的研究，制备了轻稀土的硬脂酸、环烷酸和脂肪酸等类稳定剂。 广东炜林纳功能材料司目前可产稀土助剂（包括用于聚烯烃和聚 氯乙烯塑料的热稳定剂、晶型成核剂、加工助剂、润滑剂、表面 处理剂等产品）3万t/年，其产品性能无毒、高效、多功能，市场 售价比国外同类传统产品低20%～30%，性价比优于相关传统助剂 长春应化所在锦州石化2万t/年的稀土顺丁橡胶装置投产，标志着 我国又一自主开发的大品种合成稀土橡胶的开发成功。 11 2019/4/10
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稀土催化材料在高分子材料方面的应用
20世纪60年代，在高分子材料中掺杂稀土化合物出现的特殊功 效引起了科学界和工业界的高度关注。20世纪70年代日本学者发现 轻稀土化合物可作为PVC热稳定剂，有明显的稳定效果，并且无毒 无害、性价比高。法、俄等国在这方面也做了大量的研究。 稀土化合物在高分子材料合成、加工及功能化方面均具有独特 而显著的功效。 应用主要分为两大类型： 一是稀土化合物作为掺杂剂均匀地分散在单体或聚合物中， 制成以掺杂方式存在的掺杂型稀土高分子； 二是稀土化合物以单体形式参与聚合或缩合，或稀土化合物配 位在聚合物侧链上，获得以键合方式存在的含稀土的聚合物，称为 键合型稀土高分子。 稀土化合物作为高分子材料助剂，不仅能赋予材料以特殊的性 能，还可能显著地改善塑料的加工性能和其他性能。
稀土材料的光催化性能与应用研究
稀土材料的光催化性能与应用研究引言稀土材料是一类特殊的功能材料，具有广泛的应用前景。
随着环境污染问题的日益严重以及清洁能源的需求增加，光催化技术已经成为了一种重要的环境治理与能源转化方法。
稀土材料作为光催化材料，由于其特殊的光物理和化学性质，在光催化性能方面表现出许多优势。
该文将对稀土材料的光催化性能与应用进行探讨。
稀土材料的光催化性能1. 单质稀土稀土元素的单质在光催化方面展现了一系列的特殊性能。
例如，在可见光范围内的光催化反应中，镧系元素氧化物常常显示出优异的催化性能。
其中，钙钛矿结构的LaFeO3和LaCrO3是两个典型的光催化材料，其具有良好的光吸收性能和较高的光生电子-空穴对分离效率。
此外，镧系金属的半导体氧化物如CeO2和La2O3也被广泛用于光催化应用，其能有效地催化有机物降解、水分解等反应。
2. 稀土掺杂材料掺杂稀土元素可以有效地提高光催化材料的性能。
以二氧化钛（TiO2）为例，掺杂稀土元素如Ce、Eu、Tb等可以调节其带隙结构和能带位置，从而增强其光催化活性。
此外，稀土元素的掺杂还可以增强催化剂的光稳定性和光吸收性能。
例如，CeO2掺杂Gd、La等元素可以提高光生电子-空穴对分离效率，并且具有较高的抗光腐蚀能力，使得其在光催化领域具有广泛应用潜力。
3. 稀土复合材料稀土元素与其他材料的复合也是一种常见的提高催化性能的策略。
例如，稀土元素与金属氧化物、碳材料等的复合可以形成稀土复合催化剂，其利用稀土元素的特殊性质和其他材料的优势相互补充，使得光催化性能得到了显著的提高。
此外，稀土复合材料还可以通过调控复合结构和相界面来进一步优化光催化活性。
稀土材料的光催化应用1. 水分解制氢水光解制氢是一种可持续的能源转化方式。
稀土材料由于其优异的光催化性能在水分解制氢领域具有重要的应用潜力。
以稀土掺杂的二氧化钛为催化剂，其可以利用太阳能将水分解为氢气和氧气，实现低成本、高效率的氢气制备。
2. 有机物降解稀土材料在有机物降解领域也具有广阔的应用前景。
稀土掺杂对光电催化剂性能的影响
稀土掺杂对光电催化剂性能的影响稀土元素，这听起来就像是化学世界里神秘而又独特的“魔法小精灵”。
咱们今天就来聊聊稀土掺杂对光电催化剂性能究竟有着怎样的影响。
我先给您讲个事儿。
有一次我去参加一个化学研讨会，在会场上碰到了一位年轻的科研人员，他正为自己实验中光电催化剂性能不佳而苦恼。
我凑过去跟他一聊，发现问题可能就出在稀土掺杂这个环节上。
咱们先了解一下啥是光电催化剂。
简单说，光电催化剂就像是一个勤劳的小工人，能帮助咱们加快化学反应的速度，让一些原本很难发生的反应变得容易起来。
那稀土掺杂又是咋回事呢？就好比给这个小工人穿上了一件特别的“装备”。
稀土元素就像一个个神奇的“小补丁”，镶嵌到光电催化剂的结构里。
当稀土掺杂进去后，首先会影响光电催化剂的光学性能。
这就好比给一个手电筒换了更亮的灯泡，让它能照得更远更亮。
稀土元素的加入能改变光电催化剂对光的吸收和利用能力，让它能捕捉到更多的光能，从而更有干劲地干活。
在电学性能方面，稀土掺杂也能发挥大作用。
它能调整催化剂内部的电子结构，就像给电路重新布线一样，让电子的流动更加顺畅，提高了电荷传输的效率。
想象一下电流在畅通无阻的道路上飞奔，那效率能不高嘛！再说说催化活性。
稀土掺杂就像是给运动员打了一针兴奋剂，让光电催化剂在化学反应中更加活跃，大大提高了反应的速率和选择性。
比如说，在分解水制氢的反应中，经过稀土掺杂的光电催化剂能够更快地把水分解成氢气和氧气，效率那叫一个高！不仅如此，稀土掺杂还能增强光电催化剂的稳定性。
这就好比给一辆车换上了更耐用的零件，让它能在长期的工作中保持良好的性能，不容易出故障。
然而，稀土掺杂也不是随便乱掺就行的。
这就像做菜放盐，放多了太咸，放少了没味。
掺杂的量、方式以及所选用的稀土元素种类都得经过精心的设计和实验。
如果掺杂不当，不仅不能提高性能，反而可能会起到反作用。
总之，稀土掺杂对于光电催化剂性能的影响是多方面的，就像是给这个小工人进行了全方位的升级改造。
稀土材料在光催化材料中的应用研究
稀土材料在光催化材料中的应用研究引言光催化材料作为一种具有广泛应用前景的新型材料，在环境和能源领域引起了广泛关注。
光催化材料通过吸收光能，产生带有较高催化活性的电子-空穴对，从而实现对有机污染物降解、水分解、二氧化碳还原等反应的驱动。
在光催化材料的发展中，稀土材料由于其特殊的物理、化学性质，得到了广泛的研究和应用，为提高光催化材料的性能提供了新的思路和方法。
稀土材料的特点稀土元素是指周期表中第三个电子壳层恰好填满，顺磁性和化学性质相似的15个元素，包括镧系元素（La至Lu）和锕系元素（Ac至Lr）。
稀土材料具有较高的化学稳定性、光学转换性能、磁性和电学性能等特点。
此外，稀土材料的价带结构和能带结构具有特殊的能级分布，从而使其在光催化领域具有独特的催化性能。
稀土材料在光催化材料中的应用稀土改性催化剂稀土材料可以被引入光催化材料中作为催化剂的材料改性剂。
稀土元素的引入能够调整光催化材料的能带结构，改变材料的光学特性和电子结构，从而提高光催化材料的光吸收能力和催化活性。
通过稀土改性，可以有效地拓展光催化材料在可见光区域的光吸收范围，提高光催化反应的效率。
稀土离子掺杂材料稀土材料的掺杂对光催化材料的催化性能有着重要的影响。
通过稀土元素的离子掺杂，可以调控光催化材料的结构和能带结构，从而提高材料的催化活性。
此外，稀土元素的离子掺杂还可以改变光催化材料的表面吸附性能和电子传输性能，进一步提高催化反应的效率。
稀土半导体材料稀土材料可以作为半导体材料用于光催化反应。
稀土半导体材料具有良好的光催化性能和光电性能，广泛应用于光催化材料中。
稀土元素的引入能够调节材料的能带结构，从而提高材料的光吸收能力和电子传输性能。
稀土半导体材料还具有较高的光催化稳定性和可见光响应性能，适用于不同的光催化反应。
稀土复合材料稀土材料可以与其他材料形成复合材料，以提高光催化材料的催化活性和稳定性。
通过稀土与其他材料的复合，可以调控光催化材料的结构和性能，并实现不同光催化反应的高效驱动。
稀土元素掺杂对纳米TiO_2光催化剂性能的影响
文章编号:042727104(2003)0320413205Ξ稀土元素掺杂对纳米TiO 2光催化剂性能的影响冯良荣,吕绍洁,邱发礼 (中国科学院成都有机化学研究所,成都 610041)摘 要:以沉淀法制备得到了10个稀土元素(La ,Ce ,Pr ,Nd ,Sm ,Gd ,Dy ,Ho ,Er ,Lu )分别掺杂的纳米TiO 2光催化剂.考察了它们光催化降解水中十二烷基苯磺酸钠的活性,研究了它们的光催化活性与催化剂微晶结构、电子亲和势与离子半径比、离子的磁矩之间的关系.发现其催化活性的变化与这些元素的稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值有较好的相关性.而催化剂的(101)晶面的微晶尺寸和晶格畸变应力对催化活性的影响不明显.关键词:二氧化钛;掺杂;光催化;污染治理;稀土元素中图分类号:O 614 文献标识码:A纳米TiO 2作为光催化剂用于污染的治理具有催化剂本身稳定、无二次污染、适用的污染物广等优点,所以对它的研究十分广泛.为了提高其光催化活性和对可见光的利用率,许多研究者对其进行掺杂.Choi 等人[1]研究了周期表中大部分元素的掺杂,并结合TiO 2的能带结构对一些元素掺杂的作用机理进行了分析.王艳芹等[2]研究了第一过渡系中五个元素的掺杂,认为掺杂元素氧化物与TiO 2形成的相界面可能成为电荷束缚中心,从而提高光催化反应活性.还有一些文献报道了第一过渡系中某些元素掺杂的影响[3,4].这些研究往往将各元素掺杂的结果归咎于相应元素的特殊性,较少探究系列元素的某一性质的周期性变化与其掺杂的光催化剂的活性的相关性.本文研究了稀土元素掺杂的TiO 2光催化剂的催化活性与这些元素掺杂的催化剂的微晶结构、电子亲和势与离子半径比值的大小、杂原子磁矩之间的关系,得到了一些具有规律性的结果.1 实验部分1.1 TiO 2光催化剂的制备配制一定浓度的Ti (SO 4)2溶液,搅拌下以氨水和硫酸将其p H 值调节至8.5,过滤,110℃烘干5h ,600℃焙烧2h ,得到TiO 2催化剂样品.同法制备稀土元素掺杂的催化剂样品时,在Ti (SO 4)2溶液中加入稀土元素离子,其初始加入量为w (Ti )=2.0%(以钛原子计).1.2 催化剂晶体结构的测定将所得催化剂进行X 2射线粉末衍射分析(XRD ),日本理学D/max 2γa 转靶X 射线衍射仪、铜靶/石墨单色器、靶电流为40mA 、电压为40kV.采用Winfit 软件分离K α2和仪器宽化,并以Pearson Ⅶ函数对催化剂的XRD 图进行拟合得到半高宽2w 和积分宽β,根据K eijser 等人[5]提出的如下近似公式分离Pear 2son Ⅶ函数的高斯分量βG 和柯西分量βC :2w /β=0.93675-0.168037/m -0.130534/m 2 m ———为了计算方便引入的中间变量,βC /β=0.750445/m +0.247681/m 2,Ξ收稿日期:2003202224基金项目:攀枝花市中国科学院科技成果孵化基金资助项目作者简介:冯良荣(1968—),男,博士,副研究员.第42卷 第3期2003年6月 复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science ) Vol.42No.3J un.2003βG /β=1.092228-1.163332/m + 1.316944/m 2-1.31115/m 3.结合衍射角2θ,由下面二式分别计算出(101)面和(200)面的法向晶粒尺寸D 和畸变应力e :D =λ/(βC 3cos (θ)); e =βG /(43tan (θ)).1.3 光催化反应实验室温下,将100mL 初始化学需氧量(COD )值385mg/L 的十二烷基苯磺酸钠(SDBS )水溶液和0.10g 催化剂加入1000mL 烧杯中,通入空气,磁力转子搅拌下以500W 紫外线高压汞灯(λmax =365nm )照射1h.灯离液面的距离固定在23cm 高度.反应后用铬法测定化学需氧量(COD Cr ,单位为mg/L ),重复精确度在1%以内.然后计算COD 去除百分率(P ):P =(COD 0-COD Cr )/COD 0×100%,其中COD 0为光照反应前SDBS 溶液的化学需氧量;COD 为光照反应后SDBS 溶液的化学需氧量.2 结果与讨论2.1 反应的动力学图1 ln (COD )—时间Fig.1 ln (COD )2time 以TiO 2催化剂进行反应动力学研究.在上述反应条件下改变光照反应时间,SDBS 溶液的ln (COD )随反应时间的变化见图1.从图1可知,ln (COD )与反应时间呈线性关系,即ln (COD )=-0.528t +6.0366,且相关系数(R 2=0.984)较好,说明COD 的变化是一级反应,即:-ln (1-P )=kt ,(1)k 为反应速率常数,这与文献[6,7]结果一致.2.2 催化剂微晶结构与催化活性的关系根据式(1),在反应时间一定时,用ln[ln (1/(12P ))]表示催化剂的催化活性,因其与反应活化能呈线性关系.ln[ln (1/(12P ))]的值越大,催化活性越高.图2 稀土掺杂催化剂的XRD 图Fig.2 XRD patterns of catalysts图2为催化剂的XRD 图.图中所示,单种稀土元素掺杂后催化剂仍然保持锐钛矿相结构.虽然制备得到的催化剂不同程度地显示出掺杂元素的稳定氧化物的颜色,但是没有发现相应的氧化物相生成.催化剂(101)晶面的晶粒尺寸D 、晶格畸变应力e 和晶胞参数a 和c 与相应催化剂的活性值见表1.未掺杂的纳米TiO 2,其COD 去除率为36.5%,ln[ln (1/(12P ))]值为-0.780;表1中Sm 3+掺杂的纳米TiO 2,其ln [ln (1/(12P ))]值为-0.637,对应的COD 去除率为41.1%.用掺杂10种稀土元素后各催化剂(101)晶面的D 、e 及晶胞参数a 和c 分别与催化剂活性进行线性相关性分析,将相关系数R 列于表1中.从表1可见,(101)晶面的微晶结构参数对催化活性的影响不明显.岳林海等[8]在研究稀土掺杂时认为掺杂原子通过改变TiO 2的晶格畸变和膨胀从而改变其光催化活性.本文中的数据不能证实上述观点.414复旦学报(自然科学版) 第42卷表1 催化剂微晶结构与催化活性的关系Tab.1 Relationships between the activities and microcrystallite structure of catalysts掺杂离子 N 杂3D /nm 100e /%a /nm c /nm 2ln[ln (1/(12P ))]La 3+5716.6 1.015 3.7889.7040.676Ce 4+5816 1.041 3.7889.653 1.032Pr22/6+5912.7 1.301 3.789.4350.924Nd 3+6017.80.971 3.7859.6540.697Sm3+6213.1 1.028 3.7919.530.637Gd 3+6418.3 1.11 3.7829.5130.738Dy 3+6614.5 1.016 3.7859.6020.743Ho 3+6715.40.966 3.7889.6520.732Er3+6817.6 1.095 3.7889.6660.641Lu 3+7113.91.2883.7929.7070.641 注:N 杂为杂原子序号;R D 为0.139;R e 为0.154;R a 为0.465;R c 为0.324;R 为这些参数与-ln[ln (1/(12P ))]的相关系数.2.3 掺杂元素的电子亲和势对离子半径之比和催化剂活性的关系图3 E a /r 与催化活性的关系Fig.3 The catalytic activity and electronic affinity divided by radius of heteroatom-■-ln[ln (1/(12P )];-▲-E a /r考虑到光激发产生电子2空穴对的能量过程,作者考察了10种掺杂元素的稳定价态的电子亲和势、E a 与离子半径r[9]的比值与催化活性的关系.考虑到锐钛矿相TiO 2中Ti 4+为6配位,所用离子半径皆为6配位时的离子半径.见表2和图3.可以看出,掺杂元素稳定氧化态电子亲和势与离子半径的比值E a /r 和催化活性之间有很好的负相关性,这意味着掺杂元素的稳定氧化态对电子的亲和能力越大,催化活性越低;离子半径越小,这种亲和能力越能发挥,催化活性就越低.这也说明掺杂原子是电子捕获中心,当其电子捕获能力足够强大时,就成为电子2空穴对的复合中心.由于掺杂元素稳定氧化态的电子亲和势E a 部分反应了其前线轨道(L UMO )能量,如果掺杂原子的前线轨道能级处于TiO 2禁带能级中或导带底部或价带顶部(TiO 2的前线轨道),则其必将影响光激发的电荷跃迁的过程.由于可能存在的其他因素影响掺杂TiO 2的光催化性能以及E a 没有完全反应杂原子的前线轨道能量、杂原子能级离TiO 2的前线轨道能级较远或者跃迁选律的限制等因素使得总相关性不理想.表2 掺杂元素稳定价态的电子亲和势和离子半径Tab.2 Electronic affinity and ionic radius of doped atom at stable oxidation state掺杂离子N 杂E a /eV r /pmE a ・r -1/(eV/(pm )-1)La 3+5719.18880.181Ce4+5836.76106.10.400Pr 22/6+5933.19920.328Nd 3+6022.08101.30.222Sm 3+6223.4299.50.243Gd 3+6420.6396.40.220Dy 3+6622.8093.80.251Ho 3+6722.8490.80.256Er 3+6822.7489.40.258Lu3+7120.9688.10.247514第3期 冯良荣等:稀土元素掺杂对纳米TiO 2光催化剂性能的影响图4 催化活性实际值与拟合值Fig.4 The real and fitted activity-■-真实活性;-▲-模拟活性2.4 掺杂元素的特殊性从图3中可以看出,Sm 3+、Er 3+和Lu 3+极大地影响了催化活性与E a /r 的相关性,去掉这三个数据点时,相关性达到-0.976.如图4所示,这几种元素掺杂时催化活性的实际值大大高于其拟合值.由于Sm 3+的基态与第一激发态的能级相差较小,即使在常温下,体系的部分离子也处于第一激发态上[10],因此其E a /r 的实际值应该比计算值小,所以其催化活性的拟合值比实际值小是可以理解的.Lu 3+离子在捕获一个导带电子时,该电子势必填入外层5d 或6s 轨道,引起离子半径增加较大,从而要求锐钛矿相晶格有较大的畸变.当然,弛豫这一畸变的较好的办法就是使其释放一个电子,回复到三价状态,这样有利于电子的传递.研究表明[11],光激发产生电子2空穴对的过程发生在TiO 2催化剂内部晶格畸变较少的(101)晶面上,而电荷的捕获和传递的过程抑制电子2空穴对的复合,有利于电荷传递到催化剂表面进行光催化反应[1].掺杂Er 3+所带来的拟合值与实验值的误差尚无很好的解释.事实上,由于大部分稀土离子的光谱项都很复杂,而光催化活性必然与其有关联,因此仅用E a /r 与催化活性相关联是不全面的.虽然磁矩能部分反映4f 电子的排布情况,但同样由于光谱项的复杂性,加入磁矩作为自变量也不能改善拟合效果.本文通过稀土元素对TiO 2光催化剂的掺杂,发现有以下规律性结果:催化剂的晶粒尺寸和晶格畸变应力对催化活性的影响不明显;催化活性与掺杂元素的稳定氧化态的电子亲和势与离子半径的比值有较好的相关性,该比值越大,催化活性越低;Sm 3+、Er 3+和Lu 3+掺杂具有特殊性,使得上述相关性降低;未掺杂的纳米TiO 2,其COD 去除率为36.5%,Sm 3+掺杂的纳米TiO 2,对应的COD 去除率为41.1%. 参考文献:[1] Choi W ,Termin A ,Hoffmann M R.The role of metal ion dopants in quantum 2sized TiO 2:Correlation be 2tween photworeactivity and charge carrier recombination dyanmics [J ].J Phys Chem ,1994,98(51):136********.[2] 王艳芹,张 莉,程虎民,等.掺杂过渡金属离子的TiO 2复合纳米离子光催化剂[J ].高等学校化学学报,2000,21(6):9582960.[3] G iuseppe M ,Vincenzo A ,Mar ía J L M ,et al .Preparation characterization and photocatalytic activity of poly 2crystalline ZnO/TiO 2systems 2.surface ,bulk characterization ,and 42nitrophenol photodegradation in liquid 2solid regime [J ].The Journal of Physical Chemist ry B ,2001,105(5):103321040.[4] Iwasaki M ,Hara M ,K awada H ,et al .Cobalt ion 2doped TiO 2photocatalyst response to visible light [J ].Journal of Colloid and Interf ace Science ,2000,224(1):2022204.[5] de K eijser Th H ,Mettemeijer E J 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2catalysts ’crystallitestructure on photocatalyst reaction [J ].Science in China (Series B ),2002,45(1):60267.Influence of T ransition Elements Dopant on thePhotocatalytic Activities of N anometer TiO 2FE NGLiang 2rong ,L üSao 2jie ,QI U Fa 2li(Chengdu Institute of Organic Chemist ry ,Chinese Science Academy ,Chengdu 610041,China )Abstract :A of nanometer TiO 2photocatalysts doped respectively by 10rare earth elements with atomic number from 57to 71were prepared.Their photocatalytic activities for photodegradation of sodium dodecyl benzene sulfonate were measured.The relationships between the activities and microcrystallite structure of catalysts ,the ratio of electron 2ic affinity to ionic radius of doped atom and ionic magnetic moment of doped atom were studied.It was found that the catalytic activity correlated well with the ratio.The microcrystallite size and micro 2strain of (101)crystal face of cata 2lysts had rare influence on the catalytic activity.K eyw ords :titanium dioxide ;doped ;photocatalyst ;pollute cure ;rare earth element～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～(上接第412页)Preparation ,Characterization ,and PhotocatalyticActivity of the Novel InsolublePOM 2APS 2MCM 248(41)H ybrid C atalystsLI Li 1,G UO Y i 2hang 2,H U Chang 2wen 3(1Faculty of Chemist ry ,Qiqihar U niversity ,Heilongjiang Qiqihar 161006,China ;2Faculty of Chemist ry ,Northeast Norm al U niversity ,Jilin Changchun 130024,China ;3Faculty of Science ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :The polyoxometalate K 5[Ni (H 2O )PW 11O 39](PW 11Ni )was supported on amine 2functionalized MCM 248(41)via self 2assembly method.XRD ,UV/DRS ,FT 2IR ,ICP 2AES and elemental analysis were used to characterize the structure of the hybrid catalysts ,and the photocatalytic activity of the hybrid catalysts was studied through photo 2catalytic degradation of dye Rhodamine B (RB ).The experimental results indicated that the photocatalytic activity of the hybrid catalysts was higher than those of the direct photolysis and the pure PW 11Ni in the homogeneous system.Moreover ,this kind of catalyst was insoluble in water ,and could be reused.K eyw ords :polyoxometalate ;photocatalysis ;degradation ;Rhodamine B714第3期 冯良荣等:稀土元素掺杂对纳米TiO 2光催化剂性能的影响。
稀土离子掺杂的发光材料制备及应用
稀土离子掺杂的发光材料制备及应用概述自从稀土离子发现以来，稀土离子掺杂的发光材料就开始进入人们的视野。
随着技术的不断发展，在现代科技领域，稀土离子掺杂的发光材料广泛应用于激光、显示器、LED灯等领域。
本文将着重探讨稀土离子掺杂的发光材料制备及其应用方面的研究进展与现状。
制备方法稀土离子掺杂的发光材料制备方法主要有物理法、化学法和生物法等几种。
物理法：包括溅射法、熔盐法、高能球磨法等。
其中，溅射法是一种常用的物理方法，它通过将目标材料置于真空室中，然后用氩气离子束轰击目标表面，使目标表面材料溅射到基底上形成薄膜。
化学法：包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，共沉淀法是一种常用的化学方法，它通过在水溶液中混合沉淀剂和稀土盐，沉淀后经过退火，就可以得到稀土离子掺杂的材料。
生物法：包括生物合成法和生物转化法。
其中，生物合成法是一种常用的生物方法，它利用微生物或植物生长在含稀土离子的培养基中，通过代谢作用将稀土离子载入有机物质的体内，最终形成稀土离子掺杂的发光材料。
应用领域稀土离子掺杂的发光材料广泛应用于激光、显示器、LED灯等领域。
激光：激光器是利用能将许多光子促发出的光子放大程度达到相位同步的原理实现的。
而稀土离子掺杂的发光材料正是制造激光器材料的首选，例如铈离子掺杂锆石矾解淀粉体材料就是发展高功率激光器的材料之一。
显示器：随着显示技术的不断发展，液晶显示器、有机发光二极体显示器等已经逐渐成为人们眼中的主流显示技术。
而Luminescent Display Technology中需要的稀土离子掺杂的发光材料，能够将灯显直流电压转换成红、绿、蓝不同的光谱成分，现在广泛应用在大屏幕高清晰度电视、显示广告牌等场合。
LED灯：LED灯作为新一代照明技术，逐渐被大众所接受。
而使用稀土离子掺杂的发光材料能够使LED灯光谱更加均匀，提高其色纯度，同时还能提高光效和寿命。
结论稀土离子掺杂的发光材料是目前应用广泛的发光材料，其制备方法虽然有所不同，但无论是物理化学法还是生物法，都对提高人类生活带来了诸多实惠。
稀土材料在光催化氧化技术中的应用
稀土材料在光催化氧化技术中的应用1. 引言随着环境污染问题的日益突出，人们对于清洁能源和环保技术的需求也越来越强烈。
光催化氧化技术作为一项有效的环境治理技术，受到了广泛关注和研究。
稀土材料作为一类重要的光催化剂，在光催化氧化技术中具有重要的应用价值。
2. 光催化氧化技术简介光催化氧化技术是一种利用光能激发催化剂表面发生化学反应的技术。
催化剂吸收光能后，产生电子-空穴对，通过这些电子-空穴对的氧化还原反应，可以有效地降解废水中的有机物和有害物质。
光催化氧化技术具有高效、无二次污染和易于操作等优点，在环境领域具有广泛的应用前景。
3. 稀土材料的特点稀土元素是指周期表中的镧系元素和镧系后的两种元素镨和钋。
稀土元素具有较为特殊的电子结构和化学性质，拥有多种化学氧化态。
稀土元素与其他元素的能级关系使得稀土材料具有优异的光学和电学性质，因此在光催化氧化技术中具有独特的应用优势。
稀土材料的特点主要有以下几个方面：•宽波长范围的吸收能力：稀土材料的带隙较窄，能够吸收更宽范围的光子能量，从紫外到近红外都能被有效利用。
•长寿命激发态：稀土材料的激发态寿命较长，使得在光催化过程中可有效地转移电子和产生氧化和还原反应，提高光催化反应的效率。
•多级跃迁能级结构：稀土材料的能级结构丰富，可通过合理调控能级结构来控制光催化反应的速率和效果。
•稀土材料的稳定性：稀土材料具有较好的耐热、耐酸碱等性能，使其在光催化氧化反应中能够长期稳定地发挥作用。
4. 稀土材料在光催化氧化技术中的应用4.1 稀土复合氧化物的应用稀土复合氧化物是指将稀土元素与其他元素形成复合结构的化合物。
这种复合材料在光催化氧化技术中具有广泛应用，主要体现在以下几个方面：•异质结构的形成：稀土复合氧化物具有复杂的晶体结构，可形成异质结构，提高光催化反应的活性。
•光吸收性能的增强：通过调控稀土复合氧化物中的稀土元素含量、晶粒大小等参数，可增强材料对光的吸收能力。
•电子传输的优化：稀土复合氧化物中的稀土元素能够提供额外的能级，有助于优化电子传输路径，提高光催化反应的效率。
稀土离子掺杂改性TiO2光催化剂
稀土离子掺杂改性TiO2光催化剂*燕宁宁，张莹，吴晶，柳清菊*（云南省高校纳米材料与技术重点实验室，云南大学，云南昆明650091）摘要TiO2较宽的禁带宽度和低的量子转换效率限制了其实际的应用，对TiO2进行改性以克服上述两方面问题一直是光催化领域研究的重点。
稀土元素因其独有的电子结构和光学性质，在离子掺杂改性TiO2研究中受到重点关注。
本文主要介绍了稀土离子掺杂TiO2的改性机理，综述了稀土离子掺杂对TiO2的晶型、晶粒大小和光谱吸收的影响，总结了目前存在的问题及研究趋势。
关键词光催化活性稀土离子掺杂TiO2Research Progress on TiO2 Photocatalyst doped with RE ionsY an ningning, Zhang ying, Wu jing, LIU Qing-ju*(Yunnan Key laboratory of nanomaterials & technology, Yunnan University, Kunming 650091, China)Abstract: Titanium dioxide’s applications are limited for its wide band gap and low light quantum efficiency, so it is necessary to modify TiO2 to overcome the two problems. RE ions doping is one of the most effective methods to modify TiO2 for its unique electronic structure and optical properties. In this paper, the modification mechanism of TiO2 doped with RE ions are introduced mainly; the influences of modification with RE ions to the structure , size of crystal and the spectrum absorption are all summarized; meanwhile, the problems of the study on RE ions doping and the trend of the development are both summarized.Keywords: photocatalystic activity, RE ions doping, titanium dioxide0 引言自从Fujishima[1]等发现受紫外光照的TiO2具有光催化效应以来，以TiO2为代表的光催化材料受到了广泛关注和研究。
稀土材料在光催化降解领域的应用及研究
稀土材料在光催化降解领域的应用及研究引言光催化降解是一种利用光能活化催化剂以加速污染物降解的技术。
在过去几十年中，人们已经开发出了许多有效的光催化材料，稀土材料就是其中一种常用的催化剂。
本文将探讨稀土材料在光催化降解领域的应用及研究进展。
稀土材料的特性稀土元素是指周期表中镧系元素和钆、铽和镝等元素。
稀土材料由稀土元素组成，具有许多独特的化学和物理特性。
稀土材料特性的核心在于其4f电子结构，这导致了其特殊的光学、磁学和催化性质。
稀土材料的电子结构和能带结构能够使其在光催化降解反应中具有高活性和选择性。
稀土材料在光催化降解中的应用稀土氧化物稀土氧化物如二氧化铈（CeO2）和三氧化二铑（RuO2）等在光催化降解中起到重要的作用。
这些材料具有优异的光催化反应活性、化学稳定性和可再生性。
稀土氧化物能够通过吸收光能产生电荷载体，并将其转移到底物上，从而实现降解有机物的目标。
稀土掺杂材料稀土掺杂材料是指将稀土元素引入其他材料的晶格中，以提高其光催化性能。
例如，将稀土掺杂到二氧化钛（TiO2）晶格中，可以显著增强其光催化活性和可见光吸收能力。
这是因为稀土元素的掺杂能够改变材料的能带结构，使其能够吸收更多的可见光，并提高载流子的分离效率。
其他稀土材料除了氧化物和掺杂材料，其他稀土材料如稀土磷酸盐、稀土钙钛矿等也被广泛应用于光催化降解领域。
这些材料具有独特的光学性质和晶体结构，可以在可见光范围内吸收能量并产生光致电子和空穴，进而促进光催化反应的发生。
稀土材料在光催化降解领域的研究进展纳米结构稀土材料的制备及性能调控随着纳米科技的发展，纳米结构稀土材料在光催化降解领域的研究也取得了令人瞩目的进展。
通过控制材料的形貌和尺寸，可以调控其光学和催化性能。
例如，纳米颗粒形貌的调节可以增加材料的活性表面积，并提高光催化反应的效率。
可见光响应稀土材料的开发传统上，光催化降解主要依赖紫外光的激发，这限制了其应用范围。
近年来，人们越来越关注可见光响应稀土材料的开发。
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稀土单元素掺杂
• 谷科成等以TNT为降解物研究了镧掺杂纳米TiO2的光催化活 性，发现镧的掺杂减小了晶粒尺寸，并使TiO2的晶型转变温 度升高，其中2％(摩尔分数)La—TiO2的光催化效果最好， 紫外光下照射30 min能去除76.8％的TNT有机物。 • 赵伟伟等以钛酸丁酯为前驱体，采用溶胶一凝胶法制备掺铈 的TiO2粉末，结果表明，铈的掺杂会造成晶格不同程度的膨 胀，并影响光催化材料的比表面积，当掺杂量为0.3％且焙 烧温度为400℃时，紫外光下对甲基橙的降解率最高，1h能 达到98％左右。
稀土与稀土共掺杂
• 郭莉等采用溶胶一微波法成功制备了镧、铈共掺的纳米TiO2 粉末，其在400nm下有连续宽化的吸收带，极大地提高了对 光吸收的效率，当镧掺杂量为2％、铈掺杂量为0.04%(摩尔 分数)时．其共掺效果较好，自然光照下15 h后,COD的去除 率能达到86．11％。
参考文献
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化领域中得到广泛应用。
稀土作为催化剂,适用范围很广。几乎涉及所有的催化反 应。无论是氧化还原型,还是酸碱性,均相或多相,都充分显示了 稀土催化剂性能的多样。
稀土的掺杂应用
• 离子掺杂修饰TiO2是以物理或化学的方法将离子引入到TiO2的晶格结
构中，改变电荷密度分布，形成缺陷或改变晶格类型，从而影响光生
稀土与非金属掺杂
• 非金属元素的掺杂可以在不降低光催化性能的同时增强可见 光响应，而稀土元素可形成捕获中心，影响电子一空穴对的 复合速率，因此两者协同提高TiO2的光催化效率。
• 吴俊明等以钛酸正丁酯、硝酸亚铈及氨水为前驱体，制备Ce
和N元素共掺杂改性TiO2，并研究了其光催化活性，发现所制 得的催化剂的紫外和可见光活性都有明显的提升。
稀土与金属元素的共掺杂
• 稀土元素半径较大，易造成晶格畸变，形成氧空位，而金属
和稀土元素都可以充当电子或空穴的捕获中心，因此二者的
协同作用共掺杂TiO2，有助于提高其光催化性能。
• 王东升等采用溶胶-凝胶法制备了Ag和Sm共掺杂的TiO2，当掺
杂1.0%Sm-1.2%Ag(摩尔分数)时，产物的光催化效果最佳， 经400W的高雅汞灯照射45min，对甲基橙的降解率达99.4%。
选择性等。
• 改性的方法上，以对TiO2进行掺杂改性以提高光催化性能的 研究居多，通过掺杂金属元素或非金属元素，TiO2的光催化 性能能够得到显著的提高。
Introduction
稀土元素具有特殊的电子结构，其内层的 4f 电子被外层
的 5s及 5p 电子所屏蔽，在原子中定域。决定元素性质的最
外层电子排布 4f 和 5d 形成导带，4f 电子的定域化和不完全 填充使稀土具有独特的光学和磁学特性，这些性质使稀土在催
稀土掺杂在光催化中的应用
前言：光电催化剂TiO2
• 在众多的半导体材料中，TiO2以其独特的性质和广泛的应用 受到全世界科学研究者的青睐，一直处于光催化研究中的核 心地位。然而，TiO2的光谱吸收范围窄，对光的利用率低以 及光量子效率低限制了其在实际中的应用。
• 为了获得更好的光催化效果，针对TiO2的应用局限性，开始 对TiO2光催化剂进行改性研究。如提高激发电荷分离，抑制 载流子复合提高量子效率，拓宽光波吸收范围，改变产物的
现在共掺杂TiO2光催化剂中，0.1%La/0.3%Eu/TiO2的催化
活性最高。
稀土的共掺杂
• 掺杂改性是拓宽可见光谱范围和提高量子效率的重要方法， 然而研究发现，单元素掺杂往往只能够兼顾到其中的一面， 因此，共掺杂得到逐步的发展。
• 选择两种或多种离子对TiO2共掺杂改性，期望利用共掺杂离
子间的协同作用提供电子和空穴 拓宽TiO2的吸收光谱范围，提高其在可见光下的光催化能力 。
• 郭莉，王丹军等采用溶胶－微波法制备掺杂不同稀土元素 纳米TiO2光催化剂，以甲基橙为模拟污染物，考察样品的
光催化性能；结果表明，适量的La3+,Nd3+,Eu3+,Gd3+和Y3+掺
杂可提高TiO2样品的光催化活性,其中掺杂0.1%La3+样品对 甲基橙脱色率最高;此外，实验还对共掺杂做了研究，发
电子－空穴的运动状况，调整其分布状态或改变能带结构，最终调变 光催化性能。稀土元素因具有丰富的能级、特殊的4f电子跃迁特性和
光学性能，不仅能够以离子掺杂或半导体复合的形式有效提升传统
TiO2光催化剂的性能，而且可以构造出多种新型的光催化剂体系。 • 目前，镧系中的多数元素都已被用作掺杂元素进行了研究，结果表明 稀土元素掺杂能够影响Ti02的光催化性能。