李东翔, 李瑞琴, 骆远征, 闫万珺

(1. 安顺学院数理学院, 安顺 561000; 2.安顺学院电子与信息工程学院, 安顺 561000)

1引 言

自从Fujishima和Honda[1]在1972年报道了紫外光辐照二氧化钛(TiO2)半导体材料具有光催化活性以来, 以TiO2为代表的光催化材料已得到广泛研究[ 2-5]. TiO2是一种宽带隙的半导体材料(金红石和锐钛矿分别为3.0 eV和3.2 eV), 具有优异的化学稳定性、低成本和无毒性. 因此, 它常用于污水处理、空气净化、自清洁、水的光催化分解、制氢和太阳能电池等方面[6-8]. 然而, 由于TiO2自身的带隙较宽, 所以只允许其在紫外(UV)光区域进行光催化作用. 但是, 紫外线仅仅占太阳光的4%, 而可见光约占太阳光的43%. 因此, 如何在可见光区域有效的将TiO2应用于光催化反应已经成为一个重要的研究课题.

稀土元素具有特定的电子层结构，因此它们具有优异的光学、电学、磁学和光催化性能. 目前, 利用稀土离子掺杂TiO2已经呈现出较好的光催化性能. 同时, 光催化反应主要发生在催化剂表面,所以催化剂的表面结构对催化性能有很大的影响. Li等人[9]指出, 在TiO2晶格中掺入镧系金属离子可以起到电子捕获剂的作用，并降低半导体光催化剂的电子空穴对的复合率, 从而较好的提高了材料的光催化活性. 李聪等人[10]计算了La/Ce/Pr/Nd单掺杂TiO2体系, 计算结果显示这些体统的光学特性均得到有效改善. Saqib等人[11]研究发现, 利用稀土金属对TiO2进行表面改性后, 可以通过改变工作波长来减小带隙和抑制锐钛矿到金红石的相变, 从而提高了TiO2在可见光……