镓掺杂多孔氧化铈增强吸附性能：合成、表征及酸性品红染料去除机制研究

为解决工业废水中有机染料污染问题，研究人员通过镓(Ga3+)掺杂多孔氧化铈(CeO2)，采用闪燃燃烧法合成新型吸附材料。实验表明2.5 wt% Ga-CeO2对酸性品红(FA)的吸附容量达117.8 mg/g，较未掺杂样品提升3倍。该研究为设计高效废水处理材料提供了新思路。

　　

随着工业快速发展，印染废水中的有机染料污染已成为全球性环境挑战。酸性品红(FA)等染料因其结构稳定性和潜在致癌性，传统处理方法往往效率低下。氧化铈(CeO₂)虽具有优异的氧化还原性能，但纯相材料比表面积有限，制约其吸附能力。针对这一瓶颈，沙特阿拉伯国王科技大学的研究团队创新性地通过镓(Ga³⁺)掺杂策略，开发出高性能多孔CeO₂吸附剂，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

研究采用闪燃燃烧法合成系列Ga-CeO₂材料（1-10 wt%），通过XRD、BET等技术表征结构特性，结合动力学实验和等温吸附模型解析机制。发现Ga³⁺掺杂可诱导产生氧空位(OVs)和路易斯酸位点，显著提升材料表面活性。

【材料合成与表征】
通过柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备的Ga-CeO₂保持立方萤石结构，2.5 wt%样品比表面积达127.8 m²/g，较未掺杂样品提升144%。XPS分析证实Ga³⁺成功掺入晶格并增加表面Ce³⁺/Ce⁴⁺比例。

【吸附性能】
在pH=6条件下，2.5 wt% Ga-CeO₂对FA的饱和吸附量达117.8 mg/g，符合Langmuir模型（R²>0.99），动力学数据符合准二级模型，表明化学吸附主导过程。

【机理分析】
DFT计算揭示Ga掺杂降低氧空位形成能（从3.2降至1.8 eV），FTIR证实染料磺酸基与表面金属位点配位。热力学参数（ΔH=45.2 kJ/mol）证实吸热反应特性。

该研究不仅阐明Ga掺杂增强CeO₂吸附性能的原子尺度机制，更开发出较商业CeO₂性能提升7倍的新型材料。通过精准调控氧空位和酸位点浓度，为设计"缺陷工程"导向的环境功能材料提供了范式。团队提出的"金属掺杂-孔隙协同"策略，可拓展至其他难降解污染物治理领域，具有重要工程应用价值。