铈的光催化超能力：释放二氧化钛的可见光吸收能力

中国科学院的一个研究小组通过在二氧化钛晶格中掺入铈，大大改善了铈/二氧化钛的可见光吸收，从而产生了高的光电流密度和更好的光生电子和空穴的分离效率。这项研究提出了开发高效可见光激活的稀土掺杂的光催化剂的实用策略。

铈(Ce)在稀土元素中显示出可变价态Ce3+/Ce4+，具有不同的电子结构(分别为4f15d0和4f05d0)，容易形成氧空位。具有独特电子结构的Ce元素可以被用来改造半导体光催化剂，以提高其光催化性能。

在发表在《分子》杂志上的一项研究中，由中国科学院福建物质结构研究所卢灿忠教授领导的研究小组报告了铈/二氧化钛的可见光吸收。

研究人员利用简单的溶胶-凝胶法实现了铈在二氧化钛晶格中的同步掺杂，实现了Ce在二氧化钛晶格中的同步掺杂。他们通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了纯二氧化钛、Ce-掺杂的二氧化钛(铈/二氧化钛)和二氧化铈混合的二氧化钛(二氧化铈-二氧化钛)样品的形态和结构。他们发现，在锐钛型二氧化钛晶格中掺入Ce会导致样品的晶粒尺寸变小。

此外，研究人员通过线性扫荡伏安法(LSV)测试发现了铈/二氧化钛的高光电流密度(10.9μA×cm-2)，是普通二氧化钛材料(4.3μA×cm-2)的2.5倍。他们用入射光电流效率(IPCE)测试评估了铈/二氧化钛的光吸收范围。铈/二氧化钛显示出高达500纳米的可见光吸收，而纯二氧化钛在可见区没有明显的反应。

此外，研究人员发现，由铈掺入二氧化钛晶格形成的电子捕获中心提高了光生电子和空穴的分离效率。掺入Ce的二氧化钛的窄带隙显示了良好的可见光吸收和光电流响应。由于Ce的掺杂，铈/二氧化钛样品实现了高光电流密度和入射光子电流效率(IPCE)。

该研究为制备和理解高效可见光激活的稀土掺杂的光催化剂提供了一个实用的策略和重要的参考。