1.3.5　光催化应用

自1972年Fujishima等[58]报道TiO₂电极光分解水以来，多相光催化技术受到了人们的普遍重视。光催化虽然在贵金属回收、化学合成等方面也有应用，但最为人们关注的仍然是在分解水制氢和去除环境污染物中的应用。在光催化剂中，将稀土材料与TiO₂结合可以有效地将光吸收范围从紫外光扩展到可见光区域，促进了TiO₂在室内昏暗和可见光条件下的有效应用。无论何种光催化体系，稀土元素都以其特有的性质，发挥着重要的作用，它们不仅能够显著提升传统的TiO₂基光催化剂的性能，而且通过掺杂已经构造出了CeTiO₄和R₃NbO₇（R=Y、Yb、Gd或La）等新型光催化剂。深入研究稀土元素在光催化剂中的作用机制，对指导相关材料的设计与制备、拓展稀土元素的应用范围等，有着重要的理论和实际意义。

稀土元素具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，易产生多电子组态，有着特殊的光学性质，其氧化物也具有晶型多、吸附选择性强、导电性和热稳定性好等特点，在TiO₂改性和构造新型光催化剂体系方面，正得到人们越来越多的重视。研究表明，某些稀土氧化物本身也有希望作为光催化剂使用，Chung等[59]发现CeO₂能够光催化分解水产生H₂，且负载一定量的铯后，活性能够明显提升，Bamwenda等[60]则证实CeO₂的光吸收带边位于420nm （对应于2.95eV的禁带宽度），能够在Xe灯照射下光催化分解水产生O₂。目前稀土元素主要还是与其他金属元素一同参与构成光催化剂体系，主要包括：

①对TiO₂等进行稀土离子掺杂；

②稀土氧化物与TiO₂等材料进行复合；

③在稀土元素的参与下构造出非TiO₂基的新型光催化剂。

除TiO₂型光催化剂外，许多其他类型的光催化剂也是稀土改性的应用领域。相对于可见光催化活性较低的TiO₂，许多新型的光催化剂在紫外光区和可见光区均具有较高的催化活性，但是因为光量子效率较低、对长波长的光缺少吸收能力、循环利用效率低等缺点，其应用受到了一定程度的限制。因此，利用稀土改性以获得可见光效率高、光量子效率高、循环利用效率好的光催化剂，是一个较重要的研究方向。