稀土掺杂在光催化中的应用...ppt

1、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

2、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

3、、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。,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)LaTiO2的光催化效果最好，紫外光下照射30min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，

4、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。,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

5、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。,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，

6、对甲基橙的降解率达99.4%。,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15h后,COD的去

7、除率能达到8611。,HangyanS.BinGeta1EffectofchloridedopingconcentrationonenhancementofprotonicconductivityofmesoporousA12O3JSolidStateIonics，2011,192:105.MatsuiT,MuroyamaH,etal.Developmentofnovelprotonconductorsconsistingofsolidacid/pyrophosphtecompositeforintermediate-temperaturefulecellsJ.JJpnPetrolInst,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