刘振兴

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

近些年来半导体光催化技术在环境治理和光解制氢等方面的应用十分广泛。而在这些光催化剂中加入适量的稀土离子不仅能够捕获光生电，而且还可以提供光生电的特殊轨道，有利于抑制光生电子—空穴的复合，有效的提高了光的利用率和光催化反应的活性。而稀土元素所特有的理化性质，对于非TiO2光催化剂的改性有着不小的帮助。本文，笔者将结合自身的工作经验对其进行详细的分析和研究。

1 稀土改性锌基光催化剂

稀土改性锌基光催化剂常见的有单稀土掺杂ZnO、共掺及上转换修饰ZnO、稀土改性其他锌基光催化剂等几种形式。由于稀土离子半径大于锌离子半径，而且其电荷补偿作用和体积补偿效应的影响，使得稀土离子在掺杂ZnO的过程中，能够进入到ZnO的晶格，并使得其晶格膨胀，而据相关的研究表明，晶体的不规则性则可能有利于光催化活性的提升。如相关的研究学者在制备La3+时掺杂的纳米ZnO粉体，La3+进入到ZnO的基质之中，使得ZnO的晶型发生畸变，引起能隙变宽，光催化氧化还原功能力在不断的增强。而在稀土离子应用过程中，除了能够利用单一的稀土改性ZnO以外，研究学者还在稀土单掺杂的基础之上，采用溶胶凝胶的方法制备了La3+、Ce3+双稀土掺杂ZnO的方法，发现双稀土共掺的光催化效果要明显的优于单一的系统掺杂的效果，其在制备过程中产生了更多的光生电子-空穴，极大的提升了锌基的讲解活性。除了以上两种常用锌基光催化剂以外，稀土改性在其他锌基光催化剂制备方面也做了不少的尝试，如有研究学者采用化学沉积的方法制备了La3+掺杂ZnS薄膜，使用这种薄膜在紫外光和可见光下降解甲基橙来评价其光催化活性，而结果表明适量的La3+能够有效地拓展ZnS吸收边至可见光区，提高了其降解率。通过以上几种研究可以发现稀土离子在锌基光催化剂中适当应用，能够有效的提高其活性。[1]

2 稀土改性铋基光催化剂

稀土改性铋基光催化剂主要有稀土离子掺杂Bi2O3、稀土掺杂其他铋基光催化剂、稀土铋基固溶体光催化剂三种不同的形式。Bi2O3是铋化合物中最为简单的一种光催化剂，其中属于β-Bi2O3的光催化活性最好，由于稀土离子半径和Bi3+的离子半径接近，稀土离子容易通过掺杂的方式进入到Bi2O3的晶格中取代Bi3+引起特殊的变化，其可能会吸收变及禁带宽度，如其可能会使得Bi2O3由四方相向单斜相转变。而在将其掺杂到Bi2O3之后，其可能会生成少量的稀土铋复合氧化物，复合氧化物与体系中的Bi2O3形成了异质结，这样能够进一步提高光催化剂的活性，而且其还能使可见光转化为紫外光，有效的提升了其应用效果。铋基光催化剂除Bi2O3还包含有钨酸铋、钼酸铋、钒酸铋、铁酸铋和卤氧化铋等可见光催化剂，而且系统掺杂对于这些光催化活性都能够起到一定的改善作用。如有研究学者采用溶剂热合成、传统固相合成和溶胶-凝胶合成技术制备了Nd3+掺杂BiOCI光催化剂，发现Nd3+掺杂虽然并为引起结构和形貌的变化，但是其吸收变均有不同程度的红移，其中溶胶凝胶法制备的样品光催化性能效果最好。而稀土铋基固溶体光催化剂在掺杂了稀土之后催化效果也显著提升。

3 稀土修饰其他光催化剂

稀土能够对多种非TiO2光催化剂进行改性，其在改性过程中也表现出了优异的光催化活性，如稀土掺杂钨基所产生的催化剂Y203/WO3与单纯的WO3相比较来说，其具有更高的紫外线和可见光活性，同时其羟基自由基的生成速度也更快。此外，其在铁基、锆基等光催化剂改性中也有着较好的应用效果。其虽然并未进入到晶格中，但是却使得可见光驱吸收能力增强，吸收带边红移，禁带宽度变窄，而且其都具有较高的光催化活性。因此，随着研究的不断深入发展，稀土在非TiO2光催化剂改性中的应用领域也越来越宽广了，其所呈现的效果也越来越好，在未来随着技术的不断发展和进步，其应用价值可能还将会有较大幅度的提升。[2]

4 新型稀土化合物光催化剂

近些年来，相关研究者在传统光催化剂的基础之上，还开发出了众多新型稀土化合物光催化剂，如钙钛矿结构铁酸稀土化合物等均具有较小的禁带宽度，而且，其表现出了较强的可见光催化活性。如在稀土矾酸盐化合物中，其形貌因为稀土元素不同呈现出纳米棒、纳米片和纳米纺锤等不同的体状，而且其还表现出了较好的电催化能力。此外还有一些新型稀土化合物光催化剂中还显示出了良好的紫外光催化活性，具有较强的可见光催化活性。

总之，利用稀独特的能级、电子结构对锌基、铋基等非TiO2光催化剂进行改性，能够有效的提升其催化活性，有效的利用太阳光，提高了能源利用的效率。而且，部分稀土光催化剂在具有光催化活性的同时还具有发光性能，这些都是传统的光催化剂所无法具备的性能。因此，其稀土引入到光催化剂中就有着较高的价值了，而我国稀土资源十分的丰富，还未得到全面的开发和利用，在未来发展中具有广阔的应用前景。