稀土掺杂在光催化中的应用..

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。

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*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。