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
• Hangyan S.Bin G et a1．Effect of chloride doping concentration on enhancement of protonic conductivity of mesoporous A12O3[J]．Solid State Ionics，2011,192:105. • Matsui T,Muroyama H,et al. Development of novel proton conductors consisting of solid acid/pyrophosphte composite for intermediate-temperature fule cells[J].J Jpn Petrol Inst,2010,53(1):1. • 王东升;廖运文;何平 双掺杂二氧化钛的制备及其在降解染料废水中的应 用[J]-西华师范大学学报(自然科学版) ，2011,32(02):180-183. • 吴俊明;王亚平;杨汉培 Ce及N共掺杂改性TiO2光催化性能及Ce组分的作用 [J]-无机化学学报,2010,26(02):203-210. • 郭莉;王丹军;李东升 La-Ce-TiO2纳米光催化剂的溶胶-微波法合成、谱学 表征及其活性研究[J]-光谱学与光谱分析 ,2009,29(08):2186-2189. • 郭莉,王丹军等. 稀土掺杂纳米TiO2光催化剂制备及其光催化性能[J],工业 催化，2011,19(6):27-32.
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。