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(duì)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(jìn)行了表征。通過光催化降解有機(jī)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(qiáng)的模擬太陽光催化活性。與此同時(shí)，基于ZnO具有良好的生物相容性，我們對(duì)NaYF4∶Yb，Tm@SiO2@ZnO進(jìn)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(duì)材料的合成機(jī)理與近紅外光催化活性，我們也進(jìn)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(diǎn)，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(duì)CeO2的殼層厚度實(shí)現(xiàn)了調(diào)控并得到了光催化性質(zhì)最佳時(shí)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(duì)復(fù)合材料的組分及形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(qiáng);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(qiáng)的機(jī)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?duì)Cd2+的吸附作用，在顆粒上原位生長了CdS納米團(tuán)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(duì)材料的形貌、成分、物相以及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在可見光條件下Na