Ce/Fe共掺杂LaCrO3 钙钛矿纳米颗粒的微乳液合成及其导电性与光催化性能提升研究

本研究通过微乳液法成功合成Ce/Fe共掺杂La(1-x) Ce(x) Cr(1-y) Fe(y) O3 （CF-LCO）钙钛矿纳米材料，系统表征其结构、电学及光催化性能。结果表明：掺杂显著降低电阻率并提升介电性能，光催化降解酚红染料效率达93.64%，为电子器件与环境修复提供新型功能材料。

　　

研究背景与意义
工业废水中的合成染料和有机污染物对水生态系统构成严峻威胁，而传统光催化剂效率有限。钙钛矿材料（ABO₃
）因其可调电子结构和多铁性成为研究热点，其中LaCrO₃
（LCO）具有热稳定性和低带隙优势，但纯相导电性与光响应不足。通过稀土Ce和过渡金属Fe共掺杂调控其性能，有望突破现有技术瓶颈。

研究团队与方法
来自沙特阿拉伯伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学（IMSIU）的Hessa A. Alsalmah团队采用微乳液湿化学法合成系列CF-LCO纳米颗粒（x, y=0.00-0.48），结合X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）等表征手段，系统分析其晶体结构、形貌及电学性能，并通过光降解实验评估催化活性。

关键技术

1. 微乳液合成：以CTAB为表面活性剂构建纳米反应器，精确控制粒径；
2. 多尺度表征：XRD确认正交晶系结构（JCPDS #83–1327），晶粒尺寸11.34-16.68 nm；
3. 性能测试：阻抗分析仪测定介电常数，四探针法测量电导率，UV-Vis监测酚红降解动力学。

研究结果

1. 结构特性：XRD显示Ce³⁺
   （1.032 ?）和Fe³⁺
   （0.645 ?）掺杂引起晶格畸变，晶胞体积收缩；FTIR证实Cr-O-Fe键形成；
2. 电学性能：掺杂浓度升至0.48时，交流电导率提升3个数量级，介电损耗降低；
3. 光催化效率：最佳掺杂样品（x=y=0.48）在90分钟太阳光照射下降解93.64%酚红，较未掺杂样品（75.14%）显著提升。

结论与展望
该研究证实Ce/Fe共掺杂可协同优化LCO的电荷分离与载流子迁移率，其增强的导电性和光响应特性在固态氧化物燃料电池（SOFCs）和废水处理领域具应用潜力。未来可通过调控掺杂比例进一步探索多铁耦合机制，为设计多功能钙钛矿材料提供新思路。