中國科學院的一個研究小組通過在二氧化鈦晶格中摻入鈰，大大改善了鈰/二氧化鈦的可見光吸收，從而產生了高的光電流密度和更好的光生電子和空穴的分離效率。這項研究提出了開發高效可見光激活的稀土摻雜的光催化劑的實用策略。

圖為二氧化鈰

鈰（Ce）在稀土元素中顯示出可變價態Ce3+/Ce4+，具有不同的電子結構（分別為4f15d0和4f05d0），容易形成氧空位。具有獨特電子結構的Ce元素可以被用來改造半導體光催化劑，以提高其光催化性能。

在發表在《分子》雜誌上的一項研究中，由中國科學院福建物質結構研究所盧燦忠教授領導的研究小組報告了鈰/二氧化鈦的可見光吸收。

研究人員利用簡單的溶膠-凝膠法實現了鈰在二氧化鈦晶格中的同步摻雜，實現了Ce在二氧化鈦晶格中的同步摻雜。他們通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）觀察了純二氧化鈦、Ce-摻雜的二氧化鈦（鈰/二氧化鈦）和二氧化鈰混合的二氧化鈦（二氧化鈰-二氧化鈦）樣品的形態和結構。他們發現，在銳鈦型二氧化鈦晶格中摻入Ce會導致樣品的晶粒尺寸變小。

此外，研究人員通過線性掃蕩伏安法（LSV）測試發現了鈰/二氧化鈦的高光電流密度（10.9μA×cm-2），是普通二氧化鈦材料（4.3μA×cm-2）的2.5倍。他們用入射光電流效率（IPCE）測試評估了鈰/二氧化鈦的光吸收範圍。鈰/二氧化鈦顯示出高達500納米的可見光吸收，而純二氧化鈦在可見區沒有明顯的反應。

此外，研究人員發現，由鈰摻入二氧化鈦晶格形成的電子捕獲中心提高了光生電子和空穴的分離效率。摻入Ce的二氧化鈦的窄帶隙顯示了良好的可見光吸收和光電流響應。由於Ce的摻雜，鈰/二氧化鈦樣品實現了高光電流密度和入射光子電流效率（IPCE）。

該研究為製備和理解高效可見光激活的稀土摻雜的光催化劑提供了一個實用的策略和重要的參考。