Dy2O3/La2O3稀土复合氧化物催化发光传感1，2-环氧丙烷

doi:10.7503/cjcu20250108

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 20250108.doi: 10.7503/cjcu20250108

Dy₂O₃/La₂O₃稀土复合氧化物催化发光传感1，2-环氧丙烷

张雨薇, 杜一浩, 张琰图, 李云云()

延安大学化学与化工学院，延安 716000

收稿日期:2025-04-11 出版日期:2025-08-10 发布日期:2025-06-03
通讯作者: 李云云 E-mail:liyun233@126.com
基金资助:
陕西省科技厅项目(2024JC-YBQN-0120);延安大学博士科研启动项目(YAU202303811);大学生创新创业训练计划项目(D2024247);延安大学校级科研计划项目(YDQ2019-20);国家自然科学基金(52063029)

Cataluminescent Sensing of 1，2-Epoxypropane Using Dy₂O₃/La₂O₃ Rare Earth Composite Oxides

ZHANG Yuwei, DU Yihao, ZHANG Yantu, LI Yunyun()

College of Chemistry and Chemical Engineering，Yan'an University，Yan’an，716000，China

Received:2025-04-11 Online:2025-08-10 Published:2025-06-03
Contact: LI Yunyun E-mail:liyun233@126.com
Supported by:
the Project of the Department of Science and Technology of Shannxi Province, China(2024JC-YBQN-0120);the Doctoral Research Initiation Project of Yan’an University, China(YAU202303811);the College Student Innovation and Entrepreneurship Training Program Project of Yan’an University, China(D2024247);the Yan’an University Campus level Scientific Research Program Project of Yan’an University, China(YDQ22019-20);the National Natural Science Foundation of China(52063029)

摘要/Abstract

摘要：

开发了基于Dy₂O₃/La₂O₃稀土复合氧化物的高性能催化发光传感平台，用于1，2-环氧丙烷（PO）的特异性检测. 通过优化调控稀土氧化物的组成比例， Dy₂O₃/La₂O₃异质界面产生了显著的协同催化效应，实现了对PO分子的高灵敏度与高选择性检测（LOD=82.8 μmol/L，对PO的响应强度是干扰物的10倍以上）. 在最佳实验条件下（检测波长575 nm, 检测温度360 ℃, 气体流速320 mL/min），催化发光强度与PO浓度呈良好线性关系，线性方程为y=9701.25x+15085.19，检出限为8.28×10^-5 mol/L， R²=0.9969. 该传感系统具有良好的稳定性（11次循环测试RSD<3%）, 加标回收率为96%~108%. 基于实验结果提出了“光激发-氧活化-选择性氧化-特征发光”的传感机制. 本工作为开发新型稀土氧化物基传感材料提供了新策略，并为环境挥发性有机物（VOCs）的识别与传感提供了创新解决方案.

关键词: 稀土复合氧化物, 界面协同效应, 环氧丙烷检测, 催化发光传感器, 气敏反应机理

Abstract:

In this study， we developed a high-performance cataluminescence（CTL） sensing platform based on Dy₂O₃/La₂O₃ rare-earth composite oxides for specific detection of 1，2-epoxypropane（PO）. Through optimized composition regulation of the rare-earth oxides， the Dy₂O₃/La₂O₃ heterointerface demonstrated remarkable synergistic catalytic effects， achieving both high sensitivity（LOD=82.8 μmol/L） and exceptional selectivity（10-fold higher response to PO than interferents）. Under optimal conditions（detection wavelength： 575 nm； temperature： 360 ℃； gas flow rate： 320 mL/min）， the CTL intensity showed excellent linear correlation with PO concentration（y=701.25x+15085.19， R²=0.9969）， with an ultralow detection limit（8.28×10⁻⁵ mol/L）. The sensing system exhibited outstanding stability（RSD<3% over 11 cycles） and satisfactory recovery rates（96-108%）. A "photoexcitation-oxygen activation-selective oxidation-characteristic luminescence" sensing mechanism was proposed. This work provides a novel strategy for developing rare-earth oxide-based sensing materials and offers an innovative solution for environmental VOC monitoring.

Key words: Rare-earth composite oxides, Interfacial synergistic effect, Propylene oxide detection, Cataluminescence sensor, Gas-sensing reaction mechanism

中图分类号:

O656.31

TrendMD:

张雨薇, 杜一浩, 张琰图, 李云云. Dy₂O₃/La₂O₃稀土复合氧化物催化发光传感1，2-环氧丙烷. 高等学校化学学报, 2025, 46(8): 20250108.

ZHANG Yuwei, DU Yihao, ZHANG Yantu, LI Yunyun. Cataluminescent Sensing of 1，2-Epoxypropane Using Dy₂O₃/La₂O₃ Rare Earth Composite Oxides. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(8): 20250108.

图/表 6

Fig.1 PXRD patterns of Dy2O3/La2O3 nanocomposite(B)

Fig.2 XPS survey spectra of Dy2O3⁃La2O3(A) and high⁃resolution spectra of La3d (B), Dy3d (C), O1s (D) of 10%Dy2O3/La2O3

Fig.3 SEM images of Dy2O3/La2O3 composites（A） Pure La₂O₃；（B—D） Dy₂O₃-doped samples with 5%， 10%， and 20% doping concentrations， respectively；（E—H） corresponding elemental mapping of 10% Dy₂O₃/La₂O₃.

Fig.4 Detection wavelength(A), working temperature(B), gas flow rate(C) and working curve for the CTL sensing of PO based on Dy2O3/La2O3 catalysts(D)

Fig.5 Cyclic stability test of PO catalytic luminescence(A) and selective response to various VOCs on Dy2O3/La2O3(B)

Table 1 Results of the spike recovery experiment

No.	Composition	Actual concentration/ （mmol·L^-1）	Measured concentration/ （mmol·L^-1）	RSD（%， n=3）	Recovery（%）
1	Propylene oxide	5.0	5.4	3.9	108
1	Dichloromethane	5.0	5.4	3.9	108
2	Propylene oxide	10.0	9.6	3.4	96
2	Methyl alcohol	10.0	9.6	3.4	96
3	Propylene oxide	20.0	20.0	1.6	100
3	Formaldehyde	20.0	20.0	1.6	100

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Dy₂O₃/La₂O₃稀土复合氧化物催化发光传感1，2-环氧丙烷

Cataluminescent Sensing of 1，2-Epoxypropane Using Dy₂O₃/La₂O₃ Rare Earth Composite Oxides

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