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氧化铋(Bi2O3)是一种重要的半导体材料,因其具有较低的价带位置和可见光响应而被认为是新一代极具应用前景的半导体催化材料。但Bi2O3光生电子与空穴的高复合率限制了其在光催化领域的实际应用。因此对Bi2O3进行改性成为当下研究热点。掺杂是一种被广泛采用的改变材料物理性质、载流子传输的方法。考虑到稀土元素丰富的能级结构及独特性能,本论文选择稀土镧和铈对Bi2O3进行改性研究。通过利用稀土元素独特的电子结构来改善光催化剂表面的活性物种,增强其光催化性能。本文的主要研究内容如下:1.以柠檬酸为络合剂,采用溶胶凝胶法制备了纯相Bi2O3以及不同La掺杂比例的光催化剂。XRD结果显示少量的La3+掺入没有改变Bi2O3晶型。采用紫外可见漫反射吸收光谱确定了材料的禁带宽度。通过对X射线光电子能谱(XPS)分析得出La3+的掺杂可以在Bi2O3表面产生一定的氧空位(OVs),并通过电子自旋共振技术(ESR)技术得以确认。通过氧的程序升温脱附实验证明催化剂表面吸附了一定的氧。以甲基橙和苯酚作为目的污染物研究了La–Bi2O3的光催化活性。结果表明,La的掺杂提高了催化剂的光催化能力,其中,2%La–Bi2O3样品具有最高的光催化活性。PL谱、瞬态光电流响应及电化学交流阻抗实验结果表明La3+离子掺杂有效地阻止了光生电子–空穴对的复合,提高了分离效率。提出了La3+和氧空位(OVs)的协同作用抑制电子空穴复合提高光催化活性的机理。2.以乙二醇为溶剂,采用一步溶剂热法,合成纯相Bi2O3及Ce掺杂的Bi2O3光催化剂。XRD实验结果表明,一定量Ce的掺杂可以引起Bi2O3晶型的变化,可得到高温面心立方相δ–Bi2O3。Bi2O3的禁带宽度、导带电势等受到Ce掺杂的影响都发生了相应的变化。通过分析X射线光电子能谱发现Ce是以+3价和+4价混合价态存在于Bi2O3的表面。以苯酚为污染物评价了Ce–Bi2O3的光催化活性,掺杂比例为0.8wt.%的0.8 Ce–Bi2O3样品表现出最高的光催化活性。光致发光光谱,瞬态光电流响应及电化学交流阻抗实验证明0.8 Ce–Bi2O3催化剂可见光催化效率的提高,主要源自于光生载流子有效的分离和传输。提出Ce3+/Ce4+氧化还原反应促进光生电子空穴分离,提高可见光催化活性的机理。