1.3.5　光催化應用

自1972年Fujishima等[58]報道TiO₂電極光分解水以來，多相光催化技術受到了人們的普遍重視。光催化雖然在貴金屬回收、化學合成等方面也有應用，但最為人們關注的仍然是在分解水制氫和去除環境污染物中的應用。在光催化劑中，將稀土材料與TiO₂結合可以有效地將光吸收范圍從紫外光擴展到可見光區域，促進了TiO₂在室內昏暗和可見光條件下的有效應用。無論何種光催化體系，稀土元素都以其特有的性質，發揮著重要的作用，它們不僅能夠顯著提升傳統的TiO₂基光催化劑的性能，而且通過摻雜已經構造出了CeTiO₄和R₃NbO₇（R=Y、Yb、Gd或La）等新型光催化劑。深入研究稀土元素在光催化劑中的作用機制，對指導相關材料的設計與制備、拓展稀土元素的應用范圍等，有著重要的理論和實際意義。

稀土元素具有豐富的能級和4f電子躍遷特性，易產生多電子組態，有著特殊的光學性質，其氧化物也具有晶型多、吸附選擇性強、導電性和熱穩定性好等特點，在TiO₂改性和構造新型光催化劑體系方面，正得到人們越來越多的重視。研究表明，某些稀土氧化物本身也有希望作為光催化劑使用，Chung等[59]發現CeO₂能夠光催化分解水產生H₂，且負載一定量的銫后，活性能夠明顯提升，Bamwenda等[60]則證實CeO₂的光吸收帶邊位于420nm （對應于2.95eV的禁帶寬度），能夠在Xe燈照射下光催化分解水產生O₂。目前稀土元素主要還是與其他金屬元素一同參與構成光催化劑體系，主要包括：

①對TiO₂等進行稀土離子摻雜；

②稀土氧化物與TiO₂等材料進行復合；

③在稀土元素的參與下構造出非TiO₂基的新型光催化劑。

除TiO₂型光催化劑外，許多其他類型的光催化劑也是稀土改性的應用領域。相對于可見光催化活性較低的TiO₂，許多新型的光催化劑在紫外光區和可見光區均具有較高的催化活性，但是因為光量子效率較低、對長波長的光缺少吸收能力、循環利用效率低等缺點，其應用受到了一定程度的限制。因此，利用稀土改性以獲得可見光效率高、光量子效率高、循環利用效率好的光催化劑，是一個較重要的研究方向。