La掺杂纳米TiO2薄膜：晶体结构与光催化性能提升

"La掺杂对纳米TiO2薄膜晶体结构和光催化性能的影响 (2008年)" 这篇论文详细探讨了镧(La)掺杂对纳米二氧化钛(TiO2)薄膜的晶体结构和光催化性能的影响。研究人员通过溶胶-凝胶法在玻璃表面制备了La掺杂的纳米TiO2薄膜，并使用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)进行了结构和形貌分析。 实验结果显示，La掺杂能够抑制TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变。这个转变通常会导致TiO2的光催化活性下降，因为金红石相的光响应范围比锐钛矿相窄。La掺杂使得晶格膨胀，产生晶格畸变，这有助于保持TiO2的锐钛矿相稳定性，从而提高其光催化性能。 此外，La的掺入还引起了TiO2吸收光谱的红移，这意味着TiO2能够吸收更宽范围的光谱，包括更多的可见光，这扩大了其光响应区域。这种光谱扩展是提高纳米TiO2薄膜光催化性能的关键因素，因为它允许材料利用更广泛的太阳光谱进行光催化反应。 论文还研究了不同掺杂量、热处理温度以及溶液的pH值对光催化性能的影响。结果显示，La掺杂量为0.5%的纳米TiO2薄膜，在400℃热处理2小时后，表现出最佳的光催化效率，高达98.2%，相对于纯TiO2薄膜，其光催化效率提升了约40%。 在光催化降解亚甲基蓝溶液的实验中，研究者发现La掺杂的TiO2薄膜遵循一级动力学方程，这意味着光催化反应速率与亚甲基蓝的浓度成正比。这种动力学行为揭示了La掺杂对提高光催化效率的作用。 这项研究为改善TiO2的光催化性能提供了一种有效策略，即通过La掺杂来优化其晶体结构和光谱吸收特性，这对于环境净化和能源转换等领域具有重要意义。未来的研究可能进一步探索其他金属离子的掺杂效应，以设计出更高效的光催化剂。