可见—紫外上转换材料的研制及其在光催化剂中的应用

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在环境问题日益严重的今天,TiO2作为环境处理领域普遍使用的光催化材料,受到了越来越多的重视。但纯锐钛矿相TiO2的禁带宽度为3.2 eV,仅吸收太阳光中不到4 %的紫外光,因此难以得到工业化应用。为了提高TiO2的太能能利用率,人们对其进行了大量的改性研究。实验表明,通过与紫外上转换材料复合制备成复合光催化剂,能明显提高TiO2在太阳光下的降解性能。因此,如何选择掺杂离子及基质材料得到具有高效紫外发光的上转换材料,通过何种制备方法制备稳定性好和光催化效率高的复合光催化剂成为我们研究的重点。本文首先在制备紫外上转换发光剂方面进行了广泛的研究,主要工作有:1.以Y2O3为基质, Er3+离子或Tm3+离子为激活离子,Yb3+离子为敏化剂,通过燃烧法制备了各种不同掺杂浓度及煅烧温度的上转换发光材料,并对样品在980 nm泵浦光照射下的上转换发光特性进行了研究,考察了煅烧温度和离子浓度对上转换发光性能的影响。结果表明,在Yb-Tm共掺杂的样品中有明显的紫外上转换发光,并且敏化离子浓度能够极大的影响材料的发光性能,具有最佳紫外上转换发光的样品为800℃煅烧的Y2O3: Yb3+(2%), Tm3+纳米材料。2.通过水热法制备了Yb-Tm共掺的介孔氧化锆上转换发光材料,通过XRD,TEM,SEM,BET,FTIR以及荧光光谱,分析了模板剂的脱除方法对样品晶型,介孔,比表面积以及发光性能的影响。结果表明,低温-微波法能较好的去除模板,得到具有较大比表面积的介孔材料。3.采用溶胶-凝胶法制备了包括稀土离子和过渡金属离子在内的不同离子混掺的硅酸镧上转换发光材料。通过XRD及荧光光谱分析可知,1200℃煅烧的样品La10(SiO4)6O3 : Yb3+, Tm3+具有最强紫外上转化发光。在成功制备出紫外上转换剂后,又选用具有较强紫外发光的材料与TiO2进行了复合。1.通过溶胶-凝胶法和沉淀法制备了Y2O3: Yb3+, Tm3+ / TiO2复合光催化剂,由SEM,TEM及EDS分析表明,沉淀法制备的样品是以上转换剂为核,TiO2为壳的核壳型结构。通过荧光光谱分析和光降解实验可知,这种结构的存在不但能够提高上转换剂的上转换效率,还能进一步提高复合光催化剂的稳定性和光催化效率。最后通过分光光度法和荧光法测量了光降解过程中·OH的累积浓度和降解效率,结果表明TiO2的光降解效率与表面·OH的产生有直接的关系。2.通过简单的微波法制备了La10(SiO4)6O3: Yb3+, Tm3+ /TiO2和ZrO2: Yb3+, Tm3+ /TiO2复合光催化剂,通过光降解实验可知,由于上转换剂存在,复合光催化材料在可见光下对含有苯环的复杂有机污染物仍具有较强的降解作用。此外,通过重复降解实验可知,微波法制备的样品也能具有较好的稳定性。
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