La3+掺杂量对TiO2光催化性能的影响

溶胶凝胶法制成具有多孔结构的La3+掺杂TiO2纳米纤维光催化剂，可以提高TiO2薄膜的性能，广泛用作光催化剂来分解有机物，本文着重研究其光催化性能的表征。

La3+掺杂TiO2纳米纤维光催化性能的测定以光催化降解亚甲基蓝为模型反应，容积为200mL的反应器。在悬有150W钨卤灯和8W紫外灯的容器内对其进行催化。所有催化剂用量为0.25g/L，反应溶液为100mL，控制溶液pH值为6.5，控制磁力搅拌速度使催化剂悬浮于溶液中。将反应体系置于暗室一段时间以确保吸附平衡，使用紫外光灯和可见光同时照射进行光催化反应。在反应过程中间隔一段时间取样，80r/min离心分离10min，上层清液用0.2微升滤膜过滤。根据国标GBTl2496.290的方法，用可见分光光度计分别测定滤液在波长665nm的吸光度，确定亚甲基蓝的浓度。

通过测量La3+掺杂对TiO2晶粒尺寸的影响可知，除0.1％ La3+掺杂时晶粒尺寸较未掺杂前增大外，其余含量的掺杂都不同程度地减小了晶粒尺寸。晶粒粒径减小，颗粒内部的应力增加，内应力的增加导致能带结构改变，电子波函数重叠加大，使带隙、能级间间距变窄，从而导致光吸收曲线发生红移，增强了TiO2纳米纤维的光催化活性。如下图所示：

由上图可知，当La3+掺杂量达到0.04％时，TiO2光催化降解亚甲基蓝的能力为最佳。随着掺杂量的进一步增加，TiO2的光催化活性反而减小。其原因有以下2个方面：

1. 过量的La3+掺杂有可能促进TiO2内的缺陷以某种方式形成缔合而导致缺陷愈合，从而降低原有结构缺陷的程度。
2. TiO2表面的空间电荷层厚度随金属掺杂量的增加而减小，只有当空间电荷层厚度与入射光进入固体的透入深度相近时，吸收光子产生的电子一空穴对才能有效分离，掺杂量过多，La3+就会附着在TiO2纳米薄膜的表面，影响光子对TiO2的作用。

因此，通过用可见光度计对其降解性能的测试进行表征，当La3+掺杂量为0.04％时，TiO2纳米纤维的光催化性能最佳。