李冰蕊， 潘家豪， 王 挺， 吳禮光， 許智勇

(浙江工商大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 浙江 杭州 310012)

我國(guó)是紡織產(chǎn)業(yè)大國(guó)，印染廢水是我國(guó)水體污染的主要來(lái)源之一[1-2]。隨著全民對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題的重視和高效環(huán)境政策的日益推進(jìn)，對(duì)于水污染治理提出了越來(lái)越高的要求，如在煤化工等行業(yè)已經(jīng)對(duì)廢水治理提出了“零排放”的要求[3]，因此，如何高效去除水體中的有機(jī)污染物，尤其是低濃度的有機(jī)污染物，滿足水體排放的高標(biāo)準(zhǔn)，成為環(huán)境污染物治理技術(shù)開(kāi)發(fā)的研究熱點(diǎn)。以TiO2為基礎(chǔ)的多相光催化，以其礦化徹底、無(wú)二次污染和無(wú)選擇性降解的優(yōu)勢(shì)，在治理高毒性、低濃度有機(jī)污染物廢水方面體現(xiàn)出極有潛力的應(yīng)用前景[4-5]。

已有文獻(xiàn)中多數(shù)多相光催化降解體系均采用大功率照明燈等作為激發(fā)光源，如100～300 W功率的高壓汞燈和氘燈等。這些光源的光強(qiáng)通常大于1 W/cm2，遠(yuǎn)超過(guò)大多數(shù)環(huán)境體系的光源(光強(qiáng)小于1 mW/cm2)，限制了多相光催化的進(jìn)一步應(yīng)用[6]。此外，大功率的光源能耗高，發(fā)熱量大，且需要外加冷卻裝置，對(duì)實(shí)際光催化降解治理裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都造成了難以克服的困難[7]。Fujishima等[8-9]經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)， TiO2進(jìn)行光催化降解有機(jī)物的激發(fā)光源并非只需要高強(qiáng)度光源，弱光源也可以激發(fā)TiO2進(jìn)行光催化反應(yīng)，甚至其量子產(chǎn)率(28%)還要遠(yuǎn)高于強(qiáng)光激發(fā)下量子產(chǎn)率(小于10%)，但由于弱光體系光子數(shù)量較少，目前研究中TiO2催化劑的降解能力不高，對(duì)難降解的有機(jī)物效果很弱。而有機(jī)染料分子中有多個(gè)苯環(huán)結(jié)構(gòu)，要在弱光激發(fā)下將其降解成CO2和H2O，需要極大提升TiO2催化劑在弱光激發(fā)下的光降解活性。

TiO2為代表的非均相光催化體系中，催化劑活性是由TiO2形貌微結(jié)構(gòu)決定的。提高TiO2的光催化活性的首要條件之一就是制備具有量子尺寸(小于10 nm)的納米粒子，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低催化劑的光生載流子的復(fù)合率[10]。吸附相反應(yīng)技術(shù)以載體表面吸附層作為微尺度反應(yīng)器，將反應(yīng)和納米粒子生長(zhǎng)限制在數(shù)納米吸附層中，從而在載體表面生成粒徑在10 nm以下的納米粒子，并在微觀尺度上調(diào)控納米粒子的制備過(guò)程[11-12]。前期研究[13]以納米SiO2為載體，利用吸附相反應(yīng)技術(shù)合成了量子尺寸的TiO2納米粒子，該復(fù)合光催化劑在紫外光下甲基橙和氣相甲苯的降解實(shí)驗(yàn)均體現(xiàn)了良好的活性。在此基礎(chǔ)上，本文提出在吸附相反應(yīng)技術(shù)制備過(guò)程中，將Ce3+稀土金屬元素?fù)诫s至TiO2中來(lái)提高光催化劑的活性，并改變摻雜濃度和焙燒條件，以研究摻雜對(duì)TiO2形貌結(jié)構(gòu)和其弱紫外光下催化活性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：納米SiO2(AEROSIL200，平均粒徑為12 nm，比表面積為200 m2/g)和納米TiO2(P25，平均粒徑為21 nm，比表面積為50 m2/g)均購(gòu)自德國(guó)Degussa公司，鈦酸丁酯(分析純?cè)噭?購(gòu)自常州藍(lán)天化工廠，無(wú)水乙醇、甲基橙以及硝酸鈰均是分析純?cè)噭?，?gòu)自上海試劑一廠。

儀器:D/max-rA型轉(zhuǎn)靶X 射線多晶衍射儀(日本Rigaku公司)，F(xiàn)EI-Tecnai-G20型透射電子顯微鏡(美國(guó)FEI公司)，RAMANLOG6型熒光分光光度計(jì)(美國(guó)SPEX公司)。

1.2 光催化劑的制備

本文催化劑的制備條件選擇文獻(xiàn)[13]中光催化活性最高的TiO2/SiO2的制備條件，在此條件下加入1.5 mL水以及2.15 g鈦酸丁酯，所得催化劑中Ti/Si原子比為3∶7。

將200 mL無(wú)水乙醇和1.5 mL去離子水置于三口燒瓶中，再加入0.5 g 親水性SiO2納米粒子，攪拌下形成均勻的分散體系。在30 ℃條件下繼續(xù)攪拌吸附，SiO2表面逐漸形成富含水的吸附層直至吸附平衡(12 h)。另取鈦酸丁酯和不同量硝酸鈰的乙醇溶液50 mL (含鈦酸丁酯2.15 g)，滴加到吸附平衡體系中(滴加速度 5 mL/min)，鈦酸丁酯和硝酸鈰通過(guò)擴(kuò)散作用到達(dá)SiO2表面吸附層，形成Ce3+/TiO2/SiO2，反應(yīng)5 h后經(jīng)多次離心—再分散—洗滌，烘干粉末。干燥后粉末在700 ℃和900 ℃下焙燒5 h得到Ce3+摻雜的復(fù)合光催化劑。

反應(yīng)結(jié)束后離心分離去除固體粉末得到清液體系，用原子吸收分光光度計(jì)檢測(cè)溶液，均發(fā)現(xiàn)溶液含有Ce3+。這表明Ce3+全部分散于復(fù)合催化劑中，因而實(shí)驗(yàn)中Ce3+摻雜量直接可由制備過(guò)程中Ce(NO3)3加入量計(jì)算得到。Ce(NO3)3的加入量以及Ce3+摻雜量(相對(duì)于TiO2的原子分?jǐn)?shù))分別為：0(0%)，0.582 4 mg (0.05%)，1.164 9 mg (0.10%)，2.329 8 mg (0.20%) 以及5.824 4 mg (0.50%)。

1.3 催化劑結(jié)構(gòu)表征

將粉末催化劑在超聲作用下均勻分散在25 mL乙醇中，然后取數(shù)滴滴于帶有有機(jī)膜的銅網(wǎng)上，待干燥后利用透射電子顯微鏡分析催化劑的粒徑等形貌。樣品的X射線衍射分析采用Cu Kα(λ=0.154 06 nm)，功率為1 600 W(40 kV×40 mA)，采用固體探測(cè)器(Sol-X)測(cè)量X 射線強(qiáng)度，并通過(guò)高斯方程擬合和Scherrer公式來(lái)計(jì)算得到銳鈦礦TiO2的晶粒粒徑。光催化劑的光致發(fā)光(PL)光譜在室溫條件下以250 nm為激發(fā)波長(zhǎng)，采用熒光分光光度計(jì)測(cè)定。

1.4 弱紫外光激發(fā)下光降解甲基橙

將制備得到的0.30 g光催化劑粉末均勻分散于800 mL甲基橙水溶液中(不同初始質(zhì)量濃度分別為：4、10、15、20 mg/L，體系pH值為3.6)。30 ℃下攪拌暗吸附直至平衡(0.5 h)后，以紫外黑光燈(波長(zhǎng)為254 nm，功率為4 W，光強(qiáng)為12 μW/cm2)為光源開(kāi)始光降解，每隔0.5 h進(jìn)行取樣。離心分離去除粉末，利用722型可見(jiàn)分光光度計(jì)，在波長(zhǎng)490 nm處測(cè)定清液中甲基橙的吸光度并計(jì)算其質(zhì)量濃度。

通過(guò)無(wú)催化劑的空白實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于4 W的紫外黑光燈光強(qiáng)弱且光子數(shù)量少，在其激發(fā)下甲基橙溶液質(zhì)量濃度基本不變化，也就是說(shuō)該強(qiáng)度紫外燈照射下，各質(zhì)量濃度的甲基橙均不發(fā)生光降解反應(yīng)，這與前期工作中強(qiáng)紫外光激發(fā)降解體系[12-13]不同。

2 結(jié)果和討論

2.1 Ce3+摻雜對(duì)光催化劑形貌的影響

圖1示出不同Ce3+摻雜復(fù)合光催化劑的透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)照片。

圖1 不同Ce3+摻雜復(fù)合光催化劑的TEM和HRTEM照片(內(nèi)插圖為對(duì)應(yīng)的催化劑TEM照片)Fig.1 HRTEM and TEM images of different photocatalysts doped with Ce3+ ions (inset figures are TEM image of catalysts). (a) Undoped and sintered at 700 ℃; (b) Doped by 0.10% of Ce3+ and sintered at 700 ℃; (c) Doped by 0.50% of Ce3+ and sintered at 700 ℃; (d) Undoped and sintered at 900 ℃; (e) Doped by 0.10% of Ce3+ and sintered at 900 ℃; (f) Doped by 0.50% of Ce3+ and sintered at 900 ℃

根據(jù)前期工作[13]可知，在TEM形貌中淺色部分是載體SiO2，其表面黑點(diǎn)就是代表TiO2的形貌。從圖1的TEM照片中可看出，吸附相反應(yīng)技術(shù)得到的催化劑穩(wěn)定性好、分散性高，即使700 ℃和900 ℃高溫焙燒后載體表面的黑點(diǎn)都維持良好的分散性，沒(méi)有出現(xiàn)大量團(tuán)聚。僅僅由于苛刻的高溫焙燒后，復(fù)合催化劑的整體形貌出現(xiàn)少量聚集。從圖1還可看出，同樣溫度焙燒后，各質(zhì)量濃度Ce3+摻雜前后的TiO2/SiO2形貌都與未摻雜的TiO2/SiO2形貌類似，說(shuō)明Ce3+摻入幾乎不影響TiO2/SiO2的整體形貌，但對(duì)比各條件得到的催化劑的HRTEM照片可看出，Ce3+摻入對(duì)TiO2結(jié)晶過(guò)程的影響很大。2種焙燒溫度熱處理后，未摻雜樣品中都出現(xiàn)了明顯的TiO2晶型結(jié)構(gòu)。由于吸附相反應(yīng)技術(shù)得到的TiO2受到了載體SiO2很好的保護(hù)，即使經(jīng)過(guò)900 ℃高溫焙燒，樣品中TiO2的晶粒粒徑仍維持在7 nm左右，略大于700 ℃焙燒后樣品中TiO2。當(dāng)極少量的Ce3+摻入時(shí)(摻雜量為0.05%)，2種焙燒溫度下得到的催化劑TiO2結(jié)晶過(guò)程受到了少量影響，且900 ℃焙燒后TiO2晶格還出現(xiàn)了明顯晶格膨脹畸變。這是由于Ce3+的離子半徑為0. 115 nm，遠(yuǎn)大于Ti4+(0. 068 nm)[14]，摻雜后的Ce3+難以進(jìn)入TiO2晶格結(jié)構(gòu)，但會(huì)在銳鈦礦相周圍形成Ti—O—稀土離子的鍵合，這會(huì)抑制不同鈦原子位間的相互作用，從而引起TiO2晶格結(jié)構(gòu)膨脹與畸變。在高溫(900 ℃)焙燒過(guò)程中，Ti—O—稀土離子的鍵合與不同鈦原子位間的相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)加劇，因而形成明顯的晶格膨脹結(jié)構(gòu)。當(dāng)Ce3+摻雜量為0.5%時(shí)，900 ℃焙燒后樣品中TiO2的晶型結(jié)構(gòu)極少且非常不清晰，出現(xiàn)了大量無(wú)定形的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椋邷乇簾笕杂猩倭緾e3+進(jìn)入了TiO2晶格結(jié)構(gòu)中，大半徑離子進(jìn)入晶格后嚴(yán)重破壞了晶格的連續(xù)結(jié)構(gòu)，從而阻礙了TiO2的結(jié)晶過(guò)程，使得催化劑中產(chǎn)生了大量無(wú)定型TiO2。

2.2 Ce3+摻雜對(duì)TiO2結(jié)晶過(guò)程的影響

不同焙燒溫度條件下，研究了Ce3+的摻入對(duì)催化劑中TiO2結(jié)晶過(guò)程的影響。圖2分別示出在700 ℃和900 ℃下焙燒后不同Ce3+摻雜量TiO2的XRD圖譜。2種焙燒溫度條件下各個(gè)催化劑XRD圖譜中均表明沒(méi)有出現(xiàn)Ce相關(guān)化合物的結(jié)晶衍射峰，都只是無(wú)定形SiO2的衍射峰和銳鈦礦TiO2的結(jié)晶衍射峰。這一方面是由于Ce3+的摻雜量較少，另一方面也說(shuō)明Ce3+是高度分散于TiO2表面或者晶型結(jié)構(gòu)中。圖中還顯示，2種溫度焙燒后所有的催化劑中TiO2仍全部是銳鈦礦，沒(méi)有轉(zhuǎn)化成金紅石型。較低摻雜量(低于0.20%)時(shí)，2種焙燒溫度下得到的催化劑的結(jié)晶峰都比較類似，差別不大。當(dāng)摻雜量高于0.20%時(shí)，2種溫度焙燒后的催化劑中TiO2結(jié)晶衍射峰都明顯減弱，說(shuō)明Ce3+摻雜在一定程度上抑制了TiO2結(jié)晶過(guò)程，焙燒溫度升高這種抑制作用變強(qiáng)。這些結(jié)果都與HRTEM分析得到的結(jié)論一致。值得注意的是，當(dāng)Ce3+的摻雜量在0.50%時(shí)，高溫900 ℃焙燒后的催化劑中TiO2結(jié)晶衍射峰明顯弱于700 ℃焙燒后的TiO2，說(shuō)明催化劑中大量無(wú)定形的TiO2并沒(méi)有轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦晶型。也就是說(shuō)，焙燒溫度升高TiO2的結(jié)晶過(guò)程反而更受到抑制，這與大部分文獻(xiàn)[12-14]研究不同。

圖2 700 ℃和900 ℃焙燒后各催化劑的XRD圖譜Fig.2 XRD patterns of different photocatalysts sintered at 700 ℃ (a) and 900 ℃(b)

為更深入研究Ce3+摻雜對(duì)TiO2結(jié)晶過(guò)程的影響規(guī)律，通過(guò)Scherrar公式計(jì)算得到各光催化劑中TiO2晶粒粒徑。另外，利用JADE5.0軟件計(jì)算了各催化劑中TiO2晶胞參數(shù)的變化，二者數(shù)據(jù)均列于表1中。

表1數(shù)據(jù)表明，700 ℃焙燒后，Ce3+的摻雜量變化對(duì)催化劑中TiO2晶粒粒徑基本沒(méi)有影響，但還是會(huì)引起少量TiO2晶格膨脹，隨著摻雜量增加晶格膨脹也變得更加明顯。然而，900 ℃高溫焙燒后，不同Ce3+摻雜量對(duì)催化劑中TiO2的結(jié)晶過(guò)程有著非常顯著的影響。低含量Ce3+摻雜時(shí)，900 ℃焙燒后的催化劑中TiO2晶粒粒徑大于700 ℃焙燒后的催化劑。而當(dāng)摻雜量超過(guò)0.20%時(shí)，Ce3+摻入顯著抑制催化劑中TiO2結(jié)晶過(guò)程，因而900 ℃焙燒后的催化劑中TiO2晶粒粒徑迅速減少，甚至比同條件下700 ℃焙燒后的催化劑中TiO2還減少了1 nm左右。900 ℃焙燒后，隨著Ce3+摻雜量增加，TiO2的晶格膨脹更加明顯，其晶格畸變也更為明顯。

表1 摻雜量對(duì)復(fù)合催化劑中銳鈦礦TiO2晶粒粒徑和晶胞參數(shù)的影響Tab.1 Influence of doping amount on grain size and cell parameters of anatase TiO2 in different photocatalysts

注：a,c分別代表晶胞參數(shù)中的兩棱長(zhǎng)。

2.3 光催化劑的PL光致發(fā)光光譜分析

由多相光催化研究可知，摻雜和不同焙燒條件導(dǎo)致催化劑中TiO2形貌和晶型的變化，首先直接影響催化劑的光生載流子(電子和空穴)的分離效率。而光生電子-空穴對(duì)的分離效率又直接決定著較高的催化活性。催化劑的光生載流子分離效率可直接反映在催化劑的PL光致發(fā)光光譜圖譜變化中[15]，如圖3所示。

可看出，各催化劑的PL光譜吸收峰強(qiáng)度存在明顯的差異。具有較強(qiáng)PL吸收峰的催化劑是2種焙燒溫度條件下0.50% Ce3+摻雜的復(fù)合催化劑，尤其是900 ℃焙燒的催化劑。這是因?yàn)榇呋瘎┲写罅繜o(wú)定形TiO2的存在作為光生載流子的深度捕獲中心，加大削弱了其光生電子和空穴的分離效率。0.05%Ce3+摻雜時(shí)，2種焙燒溫度下得到的催化劑中銳鈦礦結(jié)晶TiO2數(shù)量沒(méi)有明顯變化，但其出現(xiàn)了晶格膨脹畸變，這種結(jié)構(gòu)在催化劑中就變成了淺勢(shì)能光生載流子的捕獲中心，可顯著提升催化劑光生載流子的分離效率。900 ℃焙燒后的催化劑中這種晶格膨脹畸變結(jié)構(gòu)最為明顯，因而其光生載流子的分離效率也最高，該催化劑的PL吸收峰也最弱。

注：a為900 ℃焙燒0.50% Ce3+摻雜； b為700 ℃焙燒0.50% Ce3+摻雜； c為700 ℃焙燒未摻雜；d為900 ℃焙燒未摻雜； e為700 ℃焙燒0.05% Ce3+摻雜； f為900 ℃焙燒0.05% Ce3+摻雜。圖3 不同光催化劑的PL光致發(fā)光圖譜(激發(fā)波長(zhǎng)為250 nm)Fig.3 PL spectra of different photocatalysts (with excitation wavelength of 250 nm)

2.4 Ce3+摻雜對(duì)光催化劑活性的影響

圖4示出700 ℃和900 ℃焙燒后不同催化劑的甲基橙降解曲線。

圖4 700 ℃和900 ℃焙燒后不同催化劑光降解過(guò)程中甲基橙質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化曲線Fig.4 Degradation of Methyl-orange by different photocatalysts sintered at 700 ℃ (a) and 900 ℃(b)

由圖4可看出，在弱紫外光的激發(fā)下，2個(gè)焙燒溫度下不同催化劑催化光降解甲基橙的反應(yīng)屬于一級(jí)反應(yīng)，符合文獻(xiàn)[16-17]的研究結(jié)果。對(duì)比圖2中降解曲線還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜量小于0.10%時(shí)，2個(gè)溫度下焙燒后Ce3+離子摻雜都可以提升弱紫外光下催化劑的降解活性，這與PL光譜分析的結(jié)果一致。但當(dāng)摻雜量高于0.20%時(shí)，Ce3+離子摻雜抑制了催化劑中活性組分TiO2結(jié)晶過(guò)程，催化劑中無(wú)定形TiO2存在增加了光生載流子的復(fù)合率，降低了其光催化活性。為了進(jìn)行更加直觀準(zhǔn)確的對(duì)比，利用一級(jí)反應(yīng)擬合處理得2個(gè)圖中所有光降解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)，如圖5所示。

圖5 Ce3+摻雜量與催化劑降解表觀速率常數(shù)的關(guān)系Fig.5 Relation of doping amount of Ce3+ on rate constants of photodegradation of methyl-orange

從圖5可看出，未摻雜時(shí)高溫(900 ℃)焙燒后的催化劑中TiO2結(jié)晶更完全，因而其弱紫外光下催化活性要略高于700 ℃焙燒催化劑。低摻雜量(小于0.10%)時(shí)，2種焙燒溫度下Ce3+摻雜的催化劑活性都要明顯高于未摻雜的催化劑。這是由于Ce3+摻雜導(dǎo)致TiO2的晶格畸變結(jié)構(gòu)作為光生載流子的淺能級(jí)捕獲中心而提升了催化劑光生電子和空穴的分離效率，從而提升了其光催化活性。高溫焙燒后這種晶格畸變結(jié)構(gòu)更加明顯，因而相同摻雜量下900 ℃焙燒后的催化劑活性都要高于700 ℃焙燒后的催化劑。但離子摻雜研究也表明，摻雜后在催化劑中形成的淺能級(jí)捕獲中心數(shù)量也有最佳數(shù)量，超過(guò)該數(shù)量時(shí)光生載流子反而容易復(fù)合降低催化劑的活性，因此，當(dāng)摻雜量為0.10%時(shí)，Ce3+摻雜后催化劑活性有所降低。當(dāng)摻雜量在0.20%以上時(shí)， Ce3+摻雜催化劑中的大量無(wú)定形TiO2作為深度捕獲中心存在，而大大增加了光生載流子的復(fù)合率，顯著降低了催化活性。Ce3+摻雜對(duì)結(jié)晶過(guò)程的破壞抑制作用隨著摻雜量和焙燒溫度增加而變強(qiáng)，所以900 ℃焙燒后的催化劑活性降低的趨勢(shì)更加明顯。

為進(jìn)一步研究弱紫外光激發(fā)下甲基橙的光降解過(guò)程，選用催化效果最好的900 ℃下焙燒的0.05%Ce3+摻雜催化劑進(jìn)行不同甲基橙濃度的光催化降解實(shí)驗(yàn)，并同樣利用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)擬合得到各個(gè)反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)，如圖6所示。作為對(duì)比還利用商用TiO2光催化劑P25進(jìn)行同樣條件下的光降解研究，其表觀反應(yīng)速率常數(shù)同樣也列于圖6中，如虛線所示。

圖6 不同甲基橙初始濃度下Ce3+ 摻雜催化劑的光降解曲線及其降解速率常數(shù)Fig.6 Photodegradation of phenol with different initial concentrations and their rate constants by Ce3+ doped photocatalysts.(a) Photodegradation curves; (b) Change in rate constants of photodegradation

從圖6可看出，采用吸附相反應(yīng)技術(shù)得到的Ce3+摻雜的光催化劑在弱紫外光下都可高效降解多個(gè)質(zhì)量濃度的甲基橙，其活性均明顯高于P25商用光催化劑。結(jié)合文獻(xiàn)[17]發(fā)現(xiàn)甲基橙質(zhì)量濃度較高時(shí)，大量有機(jī)物分子圍繞著催化劑表面活性中心，使得催化劑難以及時(shí)降解有機(jī)物分子，從而使得催化活性降低導(dǎo)致部分失活現(xiàn)象，因此，當(dāng)甲基橙初始質(zhì)量濃度為20 mg/L 時(shí)，催化劑的降解活性明顯減弱。催化劑活性越高，對(duì)于高濃度甲基橙的抗毒性就會(huì)增強(qiáng)，因此，相比吸附相反應(yīng)技術(shù)得到的催化劑，P25光催化劑在甲基橙質(zhì)量濃度為15 mg/L 時(shí)降解活性明顯減弱，而且濃度增加其活性衰減程度更強(qiáng)。

3 結(jié) 論

1) 低摻雜量條件(小于等于0.10%)下，半徑遠(yuǎn)大于Ti4+的Ce3+難以進(jìn)入TiO2晶格結(jié)構(gòu)，會(huì)在銳鈦礦相周圍形成Ti—O—稀土離子的鍵合，引起TiO2晶格結(jié)構(gòu)膨脹與畸變。焙燒溫度越高催化劑中TiO2的晶格膨脹畸變結(jié)構(gòu)越明顯。

2) 適量的晶格膨脹畸變結(jié)構(gòu)可作為光催化反應(yīng)中光生電子和空穴的淺勢(shì)能捕獲中心，增加光生電子和空穴的分離效率，提升了弱紫外光下的催化活性。當(dāng)Ce3+摻雜量超過(guò)0.20%時(shí)，催化劑中TiO2結(jié)晶過(guò)程被Ce3+破壞而產(chǎn)生大量無(wú)定形TiO2，從而極大抑制了催化劑的光催化活性。

3) 弱紫外光激發(fā)下，吸附相反應(yīng)技術(shù)得到Ce3+摻雜的光催化劑催化活性明顯高于商用P25光催化劑。甲基橙質(zhì)量濃度增加，該催化劑活性衰減程度弱于P25光催化劑，抗毒性能更好。

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