上轉(zhuǎn)換NaYF4-Yb,Tm-半導(dǎo)體復(fù)合納米材料的合成及其光催化性質(zhì)的研究.pdf

1、作為光催化技術(shù)的核心，半導(dǎo)體材料在光催化降解污染物、光催化抗菌、光解水產(chǎn)氫等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要作用。但是，光催化技術(shù)中使用的半導(dǎo)體材料大部分為寬禁帶半導(dǎo)體，僅能夠吸收太陽光中所占比例較少的紫外光與短波可見光。通過金屬/非金屬摻雜，染料敏化，金屬/半導(dǎo)體復(fù)合等方式雖然能夠?qū)雽?dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍拓寬至可見光，但是卻仍然不能夠利用占據(jù)太陽光譜將近50％的紅外光。NaYF4∶Yb，Tm是一種良好的上轉(zhuǎn)換材料，具有吸收紅外光并發(fā)射紫外光與藍(lán)光的能力

2、。因此，若半導(dǎo)體的吸收性質(zhì)與NaYF4∶ Yb，Tm熒光性質(zhì)相匹配，NaYF4∶Yb，Tm/半導(dǎo)體復(fù)合材料將能夠吸收并利用太陽光譜中的紅外光?；谝陨峡紤]，本論文研究目標(biāo)是開發(fā)一些基于NaYF4∶Yb，Tm上轉(zhuǎn)換材料與半導(dǎo)體的復(fù)合材料并研究它們的性能及應(yīng)用。具體內(nèi)容總結(jié)如下:
　　1.我們采用微乳法在NaYF4∶Yb，Tm納米晶表面包覆上非晶SiO2殼層，而后在弱堿性的HMTA體系中，在SiO2表面包覆上ZnO殼層，形成均一、穩(wěn)定

3、以及具有良好親水性質(zhì)的NaYF4∶Yb，Tm@SiO2@ZnO上轉(zhuǎn)換/半導(dǎo)體核-殼-殼復(fù)合納米結(jié)構(gòu)。我們通過TEM，XRD，EDS，XPS和PL等表征手段，對這一復(fù)合納米材料的形貌、物相、成分以及光學(xué)性質(zhì)等進行了表征。通過光催化降解有機染料測試了復(fù)合納米材料的光催化性質(zhì)，結(jié)果顯示材料具有良好的近紅外光催化活性以及增強的模擬太陽光催化活性。與此同時，基于ZnO具有良好的生物相容性，我們對NaYF4∶Yb，Tm@SiO2@ZnO進行了近紅外

4、光催化抗菌性質(zhì)測試。結(jié)果表明，這一復(fù)合材料在近紅外光照射下，具有優(yōu)異的光催化抗菌性質(zhì)以及遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)的最小抑菌濃度。對材料的合成機理與近紅外光催化活性，我們也進行了系統(tǒng)討論。
　　2.CeO2是一種稀土氧化物半導(dǎo)體，具有高遷移率、高折射率、高散射率等特點，是一種用途廣泛的光催化半導(dǎo)體材料。我們采用了一種簡易的方法在NaYF4∶Yb，Tm表面包覆上CeO2殼層，得到了穩(wěn)定性、分散性較好的NaYF4∶Yb，Tm@CeO2核殼納米顆粒

5、。其次，通過控制前驅(qū)物濃度，對CeO2的殼層厚度實現(xiàn)了調(diào)控并得到了光催化性質(zhì)最佳時的CeO2殼層厚度。隨后，我們在CeO2表面包裹上一層ZnO，形成NaYF4∶Yb，Tm@CeO2/ZnO的上轉(zhuǎn)換/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。通過XRD、XPS、FTIR、TEM、SEM等分析手段，我們對復(fù)合材料的組分及形貌、結(jié)構(gòu)進行了表征;PL分析表明這一材料可以吸收利用近紅外光;在模擬太陽光下降解有機染料的結(jié)果表明，這一復(fù)合納米材料的光催化性質(zhì)顯著增強;通過U

6、V-vis及光電流等數(shù)據(jù)，我們討論了其光催化活性增強的機理。
　　3.我們采用表面活性劑輔助的水熱法在NaYF4∶Yb，Tm表面包裹上了均勻的C殼層，通過利用碳?xì)訉d2+的吸附作用，在顆粒上原位生長了CdS納米團簇，從而獲得了均勻的NaYF4∶Yb，Tm@C@CdS復(fù)合納米材料。我們通過TEM、SEM、XRD、XPS、EDS、PL、UV-vis等手段對材料的形貌、成分、物相以及光學(xué)性質(zhì)進行表征分析。實驗發(fā)現(xiàn)，在可見光條件下Na