铈掺杂二氧化钛发光性质的探究

姚兴旺，肖林久

(沈阳化工大学 辽宁省稀土化学及应用重点实验室， 辽宁 沈阳 110142)

TiO2由于具有性质稳定、无毒、可将多种有机污染物完全矿化成H2O和无机离子、无二次污染等优点，广泛应用于环境保护、表面工程和生物医学等领域[1].同时它还具有光电转换性能,可作为光电电池材料[2],在太阳能转换方面显示巨大的应用潜力[3].但由于其带隙较宽(Eg=3.2 eV)，光响应范围窄，无法直接利用太阳能，只有在紫外光(λ<387 nm)照射下呈现出光催化活性，限制了TiO2的实际应用[4].因此,对TiO2进行改性一直是研究的热点.常用的掺杂改性方法主要有贵金属沉积[5-6]、表面敏化、离子掺杂[7-8]、半导体复合[9]和表面修饰等几种形式，其中掺杂是一种有效的扩展TiO2可见光响应的途径之一.

常见的掺杂方法大多采用贵金属或过渡金属进行掺杂[10]，对稀土元素掺杂TiO2的报道相对较少[11-13].稀土元素易产生多电子组态，可以有效抑制光生电子和空穴的复合,同时也具有不完全占有的4f 轨道和空的5d 轨道,且稀土金属离子的激发态和基态能量比较接近，对可见光可以进行部分吸收，使f电子从基态跃迁至激发态，拓展了TiO2光谱响应范围[14].

Ce是具有特殊电子结构的过渡金属元素，研究人员对Ce掺杂TiO2的光催化性能已进行了大量研究,但对Ce掺杂TiO2荧光性能的探究较少，特别是对Ce掺杂对TiO2激子发光的研究较少.激子发光的原理是二氧化钛受到小于387 nm的光波辐射后，价带的电子被激发跃迁至导带，生成高活性电子，同时与导带上的空穴结合，形成电子-空穴对，生成的光生电子和空穴有一定的能量，可以自由迁移，当到达催化剂表面时，与吸附在催化剂表面的化学物质发生化学反应，并产生大量的高活性自由基，这些自由基有很强的氧化性，能直接将有机物……