稀土元素摻雜三氧化鎢光催化劑

大量研究表明，摻雜是提高三氧化鎢光催化活性的有效手段。稀土元素具有特殊的f層電子結構，這種結構決定了它內部能夠產生更多電子組態；並且，它生成的氧化物具有多晶型，強吸附選擇性，良好的熱穩定性和電子導電性等優勢，在光學、電子以及催化劑領域中受到廣泛應用。

一般認為光觸媒的光催化活性是由其吸收光的能力、電荷分離和向底物轉移的效率共同決定的，WO3吸收光的能力越強，光催化反應的活性也就越高。

釔（Y3+）摻雜可以使得WO3樣品的光譜響應範圍可見光區拓展；並且，XPS分析表明，Y3+的摻雜可以帶來催化劑表面氧空位的增加；在可見光輻射下，摻雜0.05%的Y3+的三氧化鎢的光催化析氧活性為未摻雜WO3的1.7倍。

銪（Eu3+）離子摻雜可以拓展WO3的光響應範圍，促使WO3吸收更多的可見光，從而提高它的光催化活性；然而，過量的氧化銪摻雜將阻止WO3對光的吸收，進而影響WO3的光催化活性。另外，銪也通過增大反應物吸附量，來提高WO3光催化劑的催化活性，根據：反應物的提前吸附和增大吸附量的高效光催化降解反應的非常重要的前提條件。

微量鑭（La3+）離子摻雜能夠有效提高三氧化鎢的光催化活性，並抑制煆燒過程中的三氧化鎢單斜晶型向六方晶型的轉變。同時，鑭的摻雜量不可過多，因為當摻雜濃度過大時，過多的La3+將生成新的複合中心，加速光生電子和光生空穴的複合及其逆反應，從而降低三氧化鎢的光催化活性。

鋱（Tb3+）離子摻雜能拓展WO3的光回應範圍，顯著提高WO3對溶性染料羅丹明B的光催化降解率和抗腐蝕性。研究分析其可能原因是，Tb3+摻雜提高了WO3的結晶度和增大可見光區的吸收等因素有關，因為結晶度的提高可以使得光生電子和空穴在WO3中的傳播速度加快，從而降低了電子-空穴複合的概率，提高光量子產率。

釓（Gd）和TiO2共摻雜的WO3光催化劑的光回應範圍得到提升，實驗還表明，其對可溶性染料羅丹明B（RB）的吸附作用得到了提高，從而促使了WO3對RB的光催化降解活性和光穩定性顯著得到提升。

鈰（Ce）摻雜WO3光催化劑中，Ce的摻雜導致了WO3催化劑表面吸附氧含量的增加，晶格氧含量減少，即氧缺位增加；同時，由於氧缺位帶正電荷，過多的氧缺位可以中和帶負電的自由電子，從而減小了自由電子的含量；另外，表面氧缺位含量的增加提高了電子與表面吸附物質的氧化反應率，即增加了介面電子的遷移速率，使得Ce/ WO3催化劑的表面生成更多的•OH和•O2，大大提高了催化劑樣品的光催化活性。這種摻雜型的Ce/ WO3既能有利於抑制電子-空穴複合過程，同時由於內部Ce的存在，使其更容易被可見光激發，在光解水制氫和析氧方面有良好的表現。