球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO2及光催化活性研究

《球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO2及光催化活性研究》是一篇关于新型光催化剂制备与性能研究的学术论文。该论文主要探讨了通过球磨法将稀土金属铥（Tm）掺杂到二氧化钛（TiO2）中，并研究其在光催化反应中的表现。随着环境污染问题的日益严重，开发高效、稳定的光催化剂成为当前研究的热点。而TiO2作为一种常见的半导体材料，因其良好的化学稳定性、无毒性和较强的氧化能力，在光催化领域具有广泛应用前景。

然而，传统的TiO2由于带隙较宽（约3.2 eV），只能吸收紫外光，无法充分利用太阳光谱中的可见光部分，限制了其实际应用。为了解决这一问题，研究人员尝试通过掺杂其他元素来改善TiO2的光响应范围和催化效率。其中，稀土金属元素因其独特的电子结构和光学性质，被认为是一种有效的掺杂剂。本文选择稀土金属铥（Tm）作为掺杂元素，旨在探索其对TiO2光催化性能的影响。

论文采用球磨法制备了不同掺杂比例的Tm掺杂TiO2样品。球磨法是一种简单、高效的固相合成方法，能够实现纳米级颗粒的均匀混合。实验过程中，作者首先将TiO2粉末与适量的Tm2O3粉末按一定比例混合，然后在高能球磨机中进行长时间研磨，以确保两者的充分接触和结合。球磨后的产物经过高温煅烧处理，以去除残留的有机物并促进晶粒生长。

为了评估Tm掺杂TiO2的光催化性能，论文设计了一系列实验，包括紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测试、X射线衍射（XRD）分析、扫描电子显微镜（SEM）观察以及光催化降解有机污染物的实验。UV-Vis DRS结果表明，Tm掺杂显著拓宽了TiO2的光响应范围，使其能够吸收部分可见光。XRD图谱显示，Tm的掺杂并未破坏TiO2的晶体结构，而是以固溶体形式存在于TiO2晶格中。

SEM图像显示，Tm掺杂后TiO2的颗粒尺寸有所减小，分散性得到改善，这有助于提高其比表面积和表面活性位点数量。在光催化实验中，作者选择了罗丹明B（RhB）作为目标污染物，通过紫外灯照射模拟太阳光条件下的降解过程。实验结果表明，Tm掺杂TiO2在可见光下表现出优于未掺杂TiO2的光催化活性，且随着Tm掺杂量的增加，催化性能先增强后减弱，最佳掺杂比例为0.5 wt%。

此外，论文还探讨了Tm掺杂对TiO2光生电子-空穴对分离效率的影响。研究表明，Tm的引入可以有效抑制光生载流子的复合，从而提高光催化反应的效率。这可能是因为Tm的d轨道与TiO2的导带之间存在一定的相互作用，形成了新的能级，有助于光生电子的迁移和捕获。

综上所述，《球磨法制备稀土金属Tm掺杂TiO2及光催化活性研究》通过对Tm掺杂TiO2的制备与表征，揭示了稀土金属掺杂对TiO2光催化性能的积极影响。该研究不仅为光催化剂的设计提供了新的思路，也为解决环境污染问题提供了理论依据和技术支持。未来的研究可以进一步探索Tm与其他元素的协同掺杂效应，以开发更高效、更稳定的光催化剂。