几种稀土掺杂对TiO2光催化制氢的影响
1972年, Fujishima等发现TiO2电极光分解水制氢, 自此该反应受到了广泛关注. TiO2是一种研究和应用最为广泛的光催化剂, 但由于其光激发电子-空穴容易复合, 光量子效率较低, 因而限制了其应用. 为提高光催化活性, 许多研究者使用过渡金属或贵金属掺杂TiO2或添加电子给体等方法, 使光激发产生的电子与空穴得到有效的分离, 抑制了它们的复合, 从而大大提高了TiO2的光催化活性.
井立强等在TiO2上负载一定量的Ce后, 在一定程度上提高了TiO2的光催化降解苯酚的活性. 但将稀土元素负载在TiO2上进行光催化制氢反应的研究未见报道.
南昌大学化学系李越湘等人采用溶胶-凝胶浸渍法和光沉积法制备了系列Pt/RE/TiO2纳米光催化剂, 通过XRD和电化学等手段进行了表征.以甲醛为电子给体, 考察了光催化剂在紫外光照射下的制氢活性. 稀土掺杂提高了Pt/TiO2光催化制氢活性, 其顺序分别为La/TiO2＞Sm/TiO2＞Eu/TiO2＞Dy/TiO2＞Er/TiO2. 掺入稀土元素后, 阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变, 这是光催化剂活性提高的原因之一. 计算晶格畸变应力e 数据表明, Ti4＋可能反掺入了表面稀土氧化物的晶格中.电化学实验表明稀土掺杂TiO2的平带电位负移, 其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高, 导致催化剂导带的平带电位负移, 因此导带上被激发电子具有更强的还原能力, 从而有利于光催化制氢活性的提高.