稀土元素鈰釹共摻氧化鋅對(duì)降解羅丹明B光催化性能的影響

管志遠(yuǎn)，張曉偉，王覓堂，張棟梁，朱昌樂(lè)

（上海理工大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院，上海200093）

隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染日益加劇，隨之產(chǎn)生大量的有機(jī)污染物，這種現(xiàn)象日趨成為一種嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。在此背景下，半導(dǎo)體氧化物被認(rèn)為是主流的光催化劑［1-2］。在現(xiàn)有的金屬氧化物光催化劑中，ZnO 因其優(yōu)異的化學(xué)性能和光電特性、較大的激子結(jié)合能、高電子遷移率、簡(jiǎn)易的制備方法而在應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位［3-5］。ZnO 含有多種內(nèi)在缺陷，將缺陷引入ZnO 結(jié)構(gòu)中不僅可以縮小帶隙以增加對(duì)太陽(yáng)光的收集能力，而且也帶來(lái)許多分裂能隙來(lái)建立可能的催化系統(tǒng)。稀土（RE）離子［6-7］本身具有的未填滿的4f 電子層會(huì)引起半導(dǎo)體氧化物的性能變化，據(jù)最新的研究表明，稀土離子摻雜氧化鋅通過(guò)擴(kuò)展光吸收波長(zhǎng)可以有效地提高光催化性能［8-10］。釹作為鑭系元素的一種，因其特殊的焦點(diǎn)光學(xué)特性［11-12］和有前途的光電應(yīng)用［13-14］和磁性器件［15］而被選用。在已有的文獻(xiàn)中已經(jīng)證明摻入釹離子可以使氧化鋅的粒徑分布更均勻［16］。選用鈰離子是因?yàn)樵贑eO2中，Ce（Ⅲ）和Ce（Ⅳ）氧化態(tài)可以發(fā)生一種到另一種的輕松轉(zhuǎn)換［17］。CeO2表面的氧空位源于其可逆特性，共摻雜后有望提高其光催化性能［18-19］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

六水硝酸鋅［Zn（NO3）2·6H2O］、六水硝酸鈰［Ce（NO3）3·6H2O］、硝酸釹［Nd（NO3）3·6H2O］、氫氧化鈉（NaOH）、乙醇、羅丹明B，均為AR。

1.2 Ce/Nd-ZnO的水熱合成

在水熱合成路線中，將不同質(zhì)量比的硝酸鈰與硝酸釹溶解在60 mL 的蒸餾水中在28 ℃下不斷攪拌得到不同配比的復(fù)合材料。得到澄清溶液后，滴加1 mol/L NaOH 直至溶液的pH 達(dá)到10。隨后，懸浮液在室溫下攪拌2 h并轉(zhuǎn)移到襯有聚四氟乙烯的高壓釜（150 mL），在150 ℃水熱處理12 h。將水熱處理得到的產(chǎn)物離心，用乙醇和蒸餾水分別洗滌5次以除去雜質(zhì)，并在烘箱中150 ℃干燥12 h。最后，將產(chǎn)品粉碎成細(xì)粉并在500 ℃下煅燒，在馬弗爐中以4 ℃/min 的加熱速率加熱2 h，最終制得樣品。此外，在類(lèi)似的條件下合成純ZnO［20］。

1.3 光催化降解羅丹明B

將0.08 g的純氧化鋅、鈰摻雜的氧化鋅、釹摻雜的氧化鋅、鈰釹共摻雜的氧化鋅逐滴滴入30 mL 10 mg/L 的羅丹明B 中，在暗反應(yīng)10 min 后，用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)量純羅丹明B，以及滴入純氧化鋅和單摻、共摻氧化鋅的羅丹明B 的吸光度，每10 min 測(cè)量一次吸光度，最后得到降解數(shù)據(jù)并作出吸光度曲線。

1.4 表征與分析

使 用Brunauer-Emmett-Teller（B.E.T.）的Micromeritics 加速表面積和孔隙率測(cè)定系統(tǒng)記錄樣品的光譜。使用D8 Advance X 射線衍射儀記錄樣品的X 射線衍射圖（XRD），測(cè)量在CuKα輻射下的室溫下進(jìn)行，掃描速率為4（°）/min。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像通過(guò)Sigma 300 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡收集并對(duì)樣品進(jìn)行EDS 點(diǎn)掃及面掃。紫外可見(jiàn)光（UVvis）吸收光譜采用UV-3101 PC 分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，以BaSO4為參考物質(zhì)，在室溫下進(jìn)行，記錄200～800 nm 的吸光度。利用325 nm 的激發(fā)波長(zhǎng)，使用FLS1000 熒光光譜儀分析樣品的光致發(fā)光（PL）光譜。采用多通道探測(cè)器、AlKα輻射作為激發(fā)源、284.6 eV 的C 1s 作為結(jié)合能的信號(hào)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，在ESCALAB 250XI X射線光電子能譜儀上獲得X射線光電子能譜（XPS）。在FLS1000 熒光光譜儀上，在氘燈420 nm激發(fā)下測(cè)試了熒光光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 鈰釹共摻雜納米氧化鋅的表征與分析

2.1.1 鈰釹共摻雜納米氧化鋅的物相與結(jié)構(gòu)分析

純ZnO、Ce 摻雜ZnO、Nd 摻雜ZnO、Ce 和Nd 共摻雜ZnO 的XRD 譜圖如圖1 所示。純ZnO 的衍射峰屬于ZnO 的纖鋅礦結(jié)構(gòu)（JCPDS No.89-0511）。Zn1-xNdxO（x=7%）的全部衍射峰與纖鋅礦結(jié)構(gòu)的衍射峰匹配（JCPDS No.36-1451），沒(méi)有來(lái)自氧化釹或其他的任何雜質(zhì)衍射峰。摻雜Ce 后ZnO 的晶面指數(shù)與純ZnO 的一致，Ce 的引入并沒(méi)有顯著改變純ZnO 的衍射晶面。表明Ce 以CeO2（JCPDS No.78-0694）和Ce2O3（JCPDS No.78-0484）的混合形式存在于合成催化劑中。Ce摻雜ZnO的XRD參數(shù)值（微晶尺寸和晶格參數(shù)值）見(jiàn)表1。由表1得出結(jié)論，Ce摻雜ZnO 后晶格參數(shù)增加了。原因可能是Ce 離子取代了Zn2+位點(diǎn)或ZnO晶格中的間隙位點(diǎn)。計(jì)算樣品的平均微晶尺寸使用Debye-Scherrer 方程。對(duì)于純ZnO 和Ce、Nd 共摻雜的ZnO，D分別為21.358 nm 和16.702 nm。計(jì)算Ce與Nd摻雜的ZnO晶胞體積（V）、鍵長(zhǎng)（L）和位置參數(shù)。此類(lèi)變化在鍵長(zhǎng)和晶胞體積上是結(jié)構(gòu)變形，它們將有利于晶格缺陷的形成?；贓DS 和XRD 分析，一些Ce 顆粒被摻雜到ZnO 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而剩余的粒子分布在ZnO表面。將圖1a中紅色虛線部分放大得出圖1b。

表1 Ce/Nd-ZnO的晶胞參數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation results of unit cell parameters of Ce/Nd-ZnO

由圖1b 得出：1）Ce/Nd-ZnO 相對(duì)于Ce-ZnO 的衍射峰向低角度偏移，表明Nd離子進(jìn)入了ZnO的晶格。這是因?yàn)殍|系收縮導(dǎo)致釹離子半徑小于鈰離子半徑，通過(guò)摻雜釹離子引起ZnO 晶格的擴(kuò)展。2）Ce摻雜ZnO 后，存在于CeO2與Ce2O3中，以Ce3+與Ce4+存在，Ce/Nd-ZnO 相較于Ce-ZnO，Ce4+峰更高更寬、Ce3+的峰更低，這與XPS計(jì)算得出的n（Ce4+）/n（Ce3+）變大相對(duì)應(yīng)。

圖1 Ce、Nd共摻雜ZnO的XRD譜圖Fig.1 XRD patterns of Ce and Nd co-doped ZnO

2.1.2 鈰釹共摻雜氧化鋅的形貌分析

圖2 分 別 為ZnO、2%Ce-ZnO、7%Nd-ZnO、2%Ce5.5%Nd-ZnO 的SEM 形貌圖。由圖2 可見(jiàn)，純氧化鋅、單摻雜氧化鋅、共摻雜氧化鋅的粒度均達(dá)到納米級(jí)［21］。圖2b、c 與圖2a 對(duì)比，顆粒無(wú)明顯團(tuán)聚，粒徑分布更均勻［22-23］；圖2d 與圖2a、b、c 相比，在氧化鋅摻雜2%鈰和5.5%釹時(shí)，形貌變?yōu)椴灰?guī)則圓盤(pán)狀，并且粒徑變得更小。這是由于Ce 與Nd 摻雜劑的存在減小了ZnO 樣品的晶體尺寸，即主要?dú)w因于在催化劑表面生成了Nd-O-Zn與Ce-O-Zn。

圖2 ZnO（a）、Ce-ZnO（b）、Nd-ZnO（c）、Ce/Nd-ZnO的SEM照片（d）Fig.2 SEM image of ZnO（a），Ce-ZnO（b），Nd-ZnO（c），Ce/Nd-ZnO（d）

2.1.3 純氧化鋅、鈰摻雜氧化鋅、釹摻雜氧化鋅、鈰釹摻雜氧化鋅比表面積分析

ZnO、Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO的比表面積見(jiàn)表2。表2表明，純氧化鋅比表面積為4.567 6 m2/g，共摻雜之后為8.855 5 m2/g，比表面積顯著提升，與XRD 得出晶體粒徑減小對(duì)應(yīng)。由于少量二氧化鈰附著氧化鋅表面或摻入晶格中，抑制氧化鋅沿一維方向堆積形成二維結(jié)構(gòu)。當(dāng)摻入2%的鈰時(shí)，氧化鋅成不規(guī)則片狀納米粒子，從而減小了氧化鋅粒徑，比表面積增大，提高了光催化效率［23］。鑭系收縮導(dǎo)致釹離子半徑小于鈰離子半徑，隨著釹的摻入使得粒徑分布更均勻，這與比表面積提升相對(duì)應(yīng)。

表2 ZnO、Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO的比表面積Table 2 Specific surface areas of ZnO，Ce-ZnO，Nd-ZnO，Ce/Nd-ZnO

2.1.4 鈰釹摻雜氧化鋅EDS元素分析

圖3 為EDS 點(diǎn)掃譜圖。從圖3 看出，鈰和釹元素已經(jīng)成功摻入氧化鋅中；并且鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.22%，釹的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.38%，與最佳摻雜2%Ce5.5%Nd-ZnO 相對(duì)應(yīng)。圖4 是EDS 面掃圖像，由面掃圖像在樣品中檢測(cè)出Zn、O、Ce、Nd元素。

圖3 2%Ce5.5%Nd摻雜ZnO的EDS點(diǎn)掃譜圖Fig.3 EDS spot scan spectrum of ZnO doped with 2%Ce and 5.5%Nd

圖4 2%Ce5.5%Nd摻雜ZnO的EDS面掃譜圖Fig.4 EDS area scan mapping of ZnO doped with 2%Ce and 5.5%Nd

2.1.5 鈰釹不同摻雜配比氧化鋅的紫外可見(jiàn)分光光譜

根據(jù)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量出的數(shù)據(jù)繪制圖5。從圖5a得知最佳鈰釹共摻氧化鋅的禁帶寬度為3.32 eV，純氧化鋅禁帶寬度為3.37 eV，相比減少了0.05 eV；由圖5b、c、d 得出鈰釹最佳摻雜配比的氧化鋅對(duì)比純相氧化鋅、2%鈰摻雜的氧化鋅、7%釹摻雜的氧化鋅，在紫外光和可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收強(qiáng)度增大，邊緣吸收波長(zhǎng)在可見(jiàn)光方向上增大，擴(kuò)大了氧化鋅的光響應(yīng)范圍，大大提高了光催化性能。

圖5 鈰釹最佳摻雜配比ZnO的DRS紫外可見(jiàn)光圖像（a）；ZnO、Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO的DRS紫外可見(jiàn)光圖像（b）；圖b的上半部局部放大圖（c）；圖b的下半部局部放大圖（d）Fig.5 DRS UV-vis spectrum of ZnO with the best doping ratio of Ce and Nd（a）；DRS UV-vis spectra of ZnO，Ce-ZnO，Nd-ZnO，Ce/Nd-ZnO（b）；partial enlarged view of the upper half of figure b（c）；partial enlarged view of the lower half of figure b（d）

對(duì)于帶隙較寬的半導(dǎo)體材料，氧化還原過(guò)程中電子-空穴對(duì)的復(fù)合通常會(huì)降低光催化活性，這是限制半導(dǎo)體材料ZnO 光催化性能的主要原因之一。鑭系收縮導(dǎo)致釹離子半徑小于鈰離子半徑，Nd的摻雜會(huì)導(dǎo)致許多缺陷，例如間隙氧，它們?cè)诜@電荷載流子以防止其復(fù)合方面起著重要作用，從而提高了ZnO 的光催化活性。在ZnO 晶格中摻雜三價(jià)Nd（其中Zn 是二價(jià)離子）還將提供更多的電子和空穴以促進(jìn)光催化活性。據(jù)報(bào)道，ZnO 的光催化活性取決于（101）面；大多數(shù)極性面［（101）面］的暴露導(dǎo)致更大的光催化活性，因?yàn)椋?01）面具有所有面中最高的固有特性，能吸收OH-。然而，Nd 的過(guò)度摻雜會(huì)降低光催化活性，原因是Nd的過(guò)度摻雜減小了晶體尺寸，重新組合了顆粒并減少了暴露的（101）表面。

2.1.6 鈰釹不同摻雜配比氧化鋅的X射線光電子能譜分析

鈰釹不同摻雜配比氧化鋅的X射線光電子能譜分析見(jiàn)圖6。圖6a 總譜圖曲線對(duì)比得出，相對(duì)于ZnO，Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO 的O 1s 峰更明顯；與ZnO 相比，Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO 的Ce 3d與Nd 3d都有明顯的特征峰。

圖6b 表明，Ce/Nd-ZnO 中Nd 3d3/2與Nd 3d5/2處均有明顯特征峰，表明Nd 已經(jīng)摻入其中。圖6c、d對(duì)比得出，純ZnO 的O 1s軌道與鈰釹最佳摻雜配比的ZnO的O 1s軌道擬合后為529.68 eV和531.08 eV，這兩個(gè)峰歸因于缺氧區(qū)域的金屬氧化物（晶格氧）和低氧缺陷位點(diǎn)（主要是氧空位，OV）；與純ZnO 和單獨(dú)摻雜鈰和釹的ZnO 的O 1s XPS 光譜相比，鈰和釹的共摻雜顯著增加了缺氧峰，表明摻雜鈰和釹離子后ZnO 中的氧空位數(shù)量和電子濃度增加，進(jìn)一步促進(jìn)O 從晶格位點(diǎn)逃逸并用兩個(gè)電子留下空位，然后產(chǎn)生更多用于光催化的活性氧。多項(xiàng)研究表明，氧空位可以作為電子捕獲中心，抑制光生電子和空穴的結(jié)合，提高光催化能力；Nd 峰分別位于982.0 eV和1 004.9 eV，分別對(duì)應(yīng)Nd 3d5/2和Nd 3d3/2的核心能級(jí)，表明Nd 離子以三價(jià)態(tài)存在；由于Nd 離子來(lái)自Nd2O3，表明Nd原子成功地結(jié)合到ZnO晶格中，并且它們會(huì)引起局部缺氧，其中每?jī)蓚€(gè)Nd原子與3個(gè)氧原子結(jié)合。

將圖6e、f中Ce-ZnO 與Ce/Nd-ZnO 的Ce 3d5/2與Ce 3d3/2能級(jí)峰面積計(jì)算處理后整理為表3 中數(shù)據(jù)。從表3可以看出以下兩點(diǎn)：1）在單摻雜和共摻雜下，鈰以三價(jià)態(tài)和四價(jià)態(tài)共存；2）在共摻雜的情況下，三價(jià)鈰變?yōu)樗膬r(jià)鈰，n（Ce4+）/n（Ce3+）變大。Ce4+是合成催化劑中Ce 的主要狀態(tài)，XPS 結(jié)果表明Ce 進(jìn)入了ZnO 的晶格。同時(shí)合成催化劑中的OV 是由Ce4+誘導(dǎo)的，Ce4+的增加將更多的OV 引入到ZnO 表面，不僅作為電子供體有效地捕獲氣態(tài)氧，而且加速光生物質(zhì)的分離和遷移，從n（Ce4+）/n（Ce3+）為1.74增加到2.88 得知四價(jià)鈰對(duì)ZnO 的光催化降解性能更有利。

圖6 ZnO、Ce-ZnO、Nd-ZnO、Ce/Nd-ZnO的XPS總譜圖（a）；Ce/Nd-ZnO的Nd 3d軌道（b）；ZnO的O 1s軌道（c）；Ce/Nd-ZnO的O 1s軌道（d）；Ce-ZnO的Ce 3d軌道（e）；Ce/Nd-ZnO的Ce 3d軌道（f）Fig.6 XPS spectra of ZnO，Ce-ZnO，Nd-ZnO，Ce/Nd-ZnO（a）；Nd 3d orbitals of Ce/Nd-ZnO（b）；O 1s orbitals of ZnO（c）；O 1s orbital of Ce/Nd-ZnO（d）；Ce 3d orbital of Ce-ZnO（e）；Ce 3d orbital of Ce/Nd-ZnO（f）

表3 Ce-ZnO、Ce/Nd-ZnO的Ce 3d5/2、Ce 3d3/2軌道與n（Ce4+）/n（Ce3+）Table 3 Orbital of Ce-ZnO，Ce/Nd-ZnO，Ce 3d5/2，Ce 3d3/2 and percentage of n（Ce4+）/n（Ce3+）

2.1.7 鈰釹共摻雜氧化鋅的光致熒光光譜

為了進(jìn)一步分析ZnO和Ce/Nd-ZnO中的OV，進(jìn)行了光致發(fā)光表征實(shí)驗(yàn)。圖7是鈰釹摻雜納米氧化鋅對(duì)羅丹明B的光致PL光譜圖。在光的激發(fā)下，電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，在價(jià)帶留下空穴。電子和空穴的復(fù)合會(huì)導(dǎo)致光致發(fā)光，進(jìn)而形成不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度或能量分布。光致發(fā)光峰越強(qiáng)，離開(kāi)價(jià)帶與空穴復(fù)合的電子越多，產(chǎn)生的光子能量越多，說(shuō)明電子與空穴的復(fù)合率越高，即兩者的分離效率較低。圖7為Ce、Nd共摻雜ZnO的PL光譜圖。由圖7可知，在純氧化鋅、鈰單摻雜氧化鋅、釹單摻雜氧化鋅和鈰-釹共摻雜氧化鋅樣品中，發(fā)光強(qiáng)度由大到小順序依次為純氧化鋅、釹單摻雜氧化鋅、鈰單摻雜氧化鋅、鈰和釹共摻雜氧化鋅，鈰釹共摻雜氧化鋅的光致發(fā)光強(qiáng)度最弱，載流子復(fù)合的概率最小，激發(fā)的載流子較多，光催化活性最強(qiáng)。共摻雜鈰釹后，這些區(qū)域的PL強(qiáng)度變得最低，激發(fā)的載流子最多，這表明更多的OV出現(xiàn)在鈰釹共摻雜的ZnO表面。

圖7 Ce、Nd共摻雜ZnO的PL光譜圖Fig.7 PL spectra of ZnO co-doped with Ce and Nd

2.2 鈰釹共摻雜納米氧化鋅的降解及性能數(shù)據(jù)分析

2.2.1 鈰釹共摻雜氧化鋅對(duì)羅丹明B的光降解數(shù)據(jù)

圖8是鈰釹摻雜納米氧化鋅對(duì)羅丹明B的光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中鈰單摻雜氧化鋅光催化降解羅丹明B的最佳比例為2%［23］；單摻雜釹光催化降解羅丹明B的最佳比例為7%［24］。本實(shí)驗(yàn)首先制備ZnO、2%Ce-ZnO、7%Nd-ZnO、2%Ce1%Nd-ZnO～2%Ce7%Nd-ZnO（釹的摻雜量為1%～7%依次增加1%），降解數(shù)據(jù)如圖8a 所示。圖8a 表明Ce/Nd-ZnO 的降解率比ZnO、Ce-ZnO、Nd-ZnO 有 所 提 升；在2%Ce5%Nd-ZnO～2%Ce6%Nd-ZnO 摻雜配比范圍內(nèi)降解效率最高；然后保持鈰的摻雜量為2%，將釹的摻雜量從5%～6%以0.1%依次遞增，降解數(shù)據(jù)如圖8b 所示。降解曲線表明，2%Ce5.5%Nd-ZnO 降解羅丹明B 的效率最高；最后，固定釹摻雜量為5.5%，鈰摻雜量為0～3%內(nèi)依次以0.5%遞增，降解數(shù)據(jù)如圖8c 所示。結(jié)果驗(yàn)證了2%Ce5.5%Nd-ZnO 的降解效率最高，2%Ce5.5%Nd摻雜的ZnO 在40 min 時(shí)降解率達(dá)到92.2%，60 min時(shí)降解率達(dá)到98.3%，降解效率較純氧化鋅與鈰釹單摻雜氧化鋅有較大提升。

圖8 Ce、Nd共摻雜ZnO光催化降解羅丹明BFig.8 Photocatalytic degradation of Rhodamine B by ZnO co-doped with Ce and Nd

2.2.2 性能對(duì)比

用水熱法制備出已有文獻(xiàn)中釹鈰各最佳單摻雜濃度配比的樣品，與本實(shí)驗(yàn)最佳共摻雜濃度配比的樣品進(jìn)行光催化性能對(duì)比，將降解率數(shù)據(jù)與光催化反應(yīng)時(shí)間分別作為Y軸與X軸，數(shù)據(jù)圖如圖9所示。由圖9 可知，在55 min 時(shí)，ZnO、2%Ce-ZnO、7%Nd-ZnO、2%Ce5.5%Nd-ZnO 的 降 解 率 分 別 為57.6%、78.9%、74.8%、97.1%；2%Ce-ZnO、7%Nd-ZnO、2%Ce5.5%Nd-ZnO 相比ZnO 的性能分別提升了21.3%、17.2%、39.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鈰釹最佳共摻雜濃度配比的氧化鋅相較于純氧化鋅、鈰最佳單摻雜濃度配比的氧化鋅與釹最佳單摻雜濃度配比的氧化鋅性能大大提高。

圖9 Ce、Nd共摻雜ZnO的降解性能對(duì)比Fig.9 Comparison of degradation performance of ZnO co-doped with Ce and Nd

3 結(jié)論

半導(dǎo)體光催化作為一種能源轉(zhuǎn)換技術(shù)具有一定的研究?jī)r(jià)值。在之前的氧化鋅單摻雜鈰與釹降解污染物的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)制備共摻雜鈰、釹兩種稀土元素的氧化鋅并進(jìn)行降解羅丹明B 的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了對(duì)羅丹明B 降解效率最高的鈰釹摻雜比例，并且與單摻雜鈰與釹元素的氧化鋅降解性能進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)降解性能大大提升。進(jìn)行了一系列表征實(shí)驗(yàn)：XRD 顯示鈰和釹混合摻雜的氧化鋅，六方結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，（100）（002）（101）的峰變高，物相含量高，晶體發(fā)育良好；同時(shí)Ce/Nd-ZnO 相對(duì)于Ce-ZnO 的衍射峰向低角度偏移，表明Nd 離子進(jìn)入了ZnO 晶格。Ce 摻雜ZnO 后，存在于CeO2與Ce2O3中，以Ce3+與Ce4+存在，Ce/Nd-ZnO 相較于Ce-ZnO，Ce4+峰更高更寬、Ce3+的峰更低，這與XPS 計(jì)算得出的n（Ce4+）/n（Ce3+）變大相對(duì)應(yīng)；SEM顯示鈰釹共摻雜導(dǎo)致形態(tài)變成不規(guī)則圓盤(pán)狀，并且粒徑變得更小；EDS表明鈰釹成功摻入到了氧化鋅里面，并且隨著釹摻雜濃度的提高，EDS 譜圖中釹元素的含量也有所提升。UV-vis數(shù)據(jù)表明禁帶寬度減少了0.05 eV，并且在紫外光和可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收強(qiáng)度增大，邊緣吸收波長(zhǎng)在可見(jiàn)光方向上增大，擴(kuò)大了氧化鋅的光響應(yīng)范圍，大大提高了光催化性能。XPS 分析表明鈰和釹的共摻雜顯著增加了缺氧峰，ZnO 中的氧空位數(shù)量和電子濃度增加，并且鈰和釹都以3d價(jià)態(tài)存在ZnO中；相比于Ce-ZnO，Ce/Nd-ZnO的n（Ce4+）/n（Ce3+）變大，三價(jià)鈰變?yōu)樗膬r(jià)鈰。BET 數(shù)據(jù)表明最佳鈰釹摻雜配比的氧化鋅粒徑分布更均勻，比表面積增加；表征數(shù)據(jù)解釋了2%Ce5.5%Nd共摻雜氧化鋅降解羅丹明B 的效率最高的原因，將為稀土摻雜氧化鋅光催化方向的研究提供參考。PL測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，最佳濃度的鈰釹共摻雜氧化鋅光致發(fā)光強(qiáng)度最弱，載流子復(fù)合的概率最小，激發(fā)的載流子較多，光催化活性最強(qiáng)。本研究的鈰釹共摻雜納米氧化鋅對(duì)羅丹明B具有很好的降解性能，在工業(yè)污水降解方面具有良好的前景。