二氧化鈰(CeO2)是廣泛使用的功能材料之一，在很多領域具有廣泛的應用，如催化、氧傳感器、燃料電池、電子、磁性材料、玻璃拋光材料、紫外線吸收劑以及生物技術和生物醫學。由于鈰的外層電子充填方式為4f15d16s2，因此鈰除了像其他稀土元素以+3價狀態存在外，還可以以+4價穩定存在，這賦予了CeO2獨特的物理和化學性質，例如大量的氧空位缺陷、高儲氧能力、高氧離子傳導性，以及3價和4價氧化態之間易相互轉換。這些特性使得CeO2在光催化領域的應用越來越受到人們廣泛的關注。本文中主要綜述了近年來CeO2的一些制備方法及其在光催化領域的研究進展。

1 納米二氧化鈰的制備及其光催化性能研究進展

1.1 二氧化鈰納米材料的制備

目前，二氧化鈰納米材料的制備通常以化學方法為主，如沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法等。沉淀法在進行稀土摻雜納米材料制備方法當中具有非常多的優點，能夠大大降低成本并且制作工藝也比較簡單，所需要的時間也十分短，經常應用在工業化的生產過程當中。   

Huang等將尿素滴加到含有Ce(NO3)3·6H2O和檸檬酸的蒸餾水和乙醇的混合溶液中，離心分離得到白色沉淀，用蒸餾水和乙醇洗滌并干燥后，500℃煅燒后得到尺寸100 nm左右的CeO2微球。

Sane等在Ce(NO3)3·6H2O溶液中通過加入NH3·H2O調節溶液pH至沉淀出氫氧化鈰，離心分離并用去離子水洗滌后溶解在尿素溶液中，調節pH得到溶膠。將溶膠干燥后600℃煅燒，得到比表面積為48.9m2/g，孔體積為0.075cm3/g，平均孔徑為61.85nm的立方狀CeO2。   

Ramachandran等將PVP和Ce(NO3)3·6H2O混合后在室溫下攪拌，加入NaOH后得到淺黃色沉淀。將沉淀物離心并用去離子水和丙酮洗滌，干燥后600℃煅燒得到尺寸在19～33nm的CeO2粉末。   

Zhang等將 Ce(NO3)3·6H2O溶液攪拌加熱至65℃并加入NaOH溶液持溫繼續攪拌2h，然后停止加熱，繼續攪拌2h。最后，將懸浮液離心并分別用乙醇和水洗滌，干燥后500℃煅燒得到比表面積為37.2 m2/g 的CeO2納米粒子。

1.2  CeO2的光催化研究概述    

光催化是一種綠色技術，具有實施方便、能耗低、反應條件溫和、無二次污染等優點。由于Ce3+和Ce4+之間的快速氧化還原能力以及強烈的金屬載體相互作用效應，能夠促進CeO2光催化劑的氧化和還原活性。因此，CeO2在光氧化還原反應，特別是光降解有機污染物、光催化選擇性氧化和光催化分解水制氫中扮演著重要的角色。

1.2.1  光降解有機污染物   

Xing等發現CeO2是模擬太陽光下降解環丙沙星(CIP)的有效光催化劑。實驗表明，光生空穴是降解CIP的主要活性物質。在pH 6～9條件下，CeO2具有較高的CIP降解活性，15min時CIP降解率可達90%以上。用紫外可見漫反射、電子順磁共振和X射線光電子能譜研究了CeO2與CIP的相互作用。結果表明，吸附的CIP電子轉移到CeO2，被激活的CIP可以被孔容易地降解。說明污染物與光催化劑之間的相互作用對污染物的去除起著重要的作用。   

Yang等發現煅燒溫度對CeO2納米纖維的形態和結構起關鍵作用，從而影響其光催化活性。煅燒溫度從500℃升高到800℃時，BET檢查發現，樣品的比表面積從56.3 m2/g降低到3.3 m2/g，降低了94%，然而甲基藍光降解率卻從67%提高到98%，紫外線照射60min后動力學常數反應速率提高4倍。這表明，CeO2納米纖維催化劑的光催化活性與比表面積無直接關系，提高煅燒溫度對催化劑的光催化活性有積極的影響。   

Negi等在室溫下使用125 W汞燈作為光源對水溶液中的苦味酸(PA)進行了光催化降解研究。結果表明，隨著光照時間的增加，PA分子逐漸分解。在CeO2納米結構的存在下，光照150 min后，PA幾乎完全降解。

1.2.2 光催化分解水制氫

Ma等通過溶劑熱法制備了一種新型蒲公英狀CdS量子點(QDs)修飾的Fe-CeO2納米花，對其光催化析H2進行了研究。與純CeO2和Fe-CeO2相比，由于Fe-CeO2與CdS QD結合后，在Fe-CeO2和CdS之間形成異質結，光催化析H2能力得到顯著提高，分別比CeO2、Fe-CeO2、CdS高20.5、6.1、7.1倍。   

Zou等在可見光照射下，對暴露不同CeO2晶面的CeO2/g-C3N4納米復合材料產生H2的光催化性能進行了評價。照射5h后，棒狀CeO2復合材料表現出優異的產H2能力，產氫量為5 500 μmol/g，隨后是立方體復合材料樣品，八面體復合材料較差。純CeO2具有較差的H2產生活性，CeO2棒、立方體和八面體的光催化性能為CeO2棒>立方體>八面體。從光催化活性可以看出，與純CeO2和g-C3N4相比，CeO2/g-C3N4納米復合材料具有更好的析H2性能。

1.3  展望

CeO2光催化劑可以有效地處理有機污染物，不同形貌的CeO2或者改性后的CeO2相對于CeO2粉末，光催化效率都有或多或少的提高。作為可能成為未來環境處理的重要催化劑，CeO2光催化劑的容量損失和回收是迫切需要解決的問題。

此外，由于染料更容易分解，大多數研究以染料為研究對象來了解光催化技術的降解過程。因此，進一步理解降解機理和電荷轉移通路仍然是必需的。相對于有機污染物的光催化降解，光催化分解水制氫和光催化氧化方面的研究較少，隨著可持續能源需求的增加，CeO2在光催化分解水制氫方面的研究也會越來越多。（未完待續）

主要參考資料

（1）張鵬等，納米二氧化鈰的制備及其光催化性能研究進展，《現代化工》：網絡首發日期：2020-08

（2）何川等，CeO2改性再生SCR催化劑的單質汞氧化特性，《現代化工》：網絡首發日期：2020-07

（3）李麟等，納米CeO2對室溫硫化硅橡膠涂料抗老化性能的影響，《稀土》：2020（1）