幾種稀土摻雜化合物的上轉(zhuǎn)換性質(zhì)及其對TiO2光催化性能的增強.pdf

1、隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展,很多國家都面臨著嚴重的環(huán)境污染問題,水污染更是擺在人們面前的頭號難題,作為半導(dǎo)體光催化劑的TiO2以其優(yōu)異的特性已被有所應(yīng)用,但是作為半導(dǎo)體催化劑也有其本身的制約,只有當照射的光能量大于其帶隙寬度它才能產(chǎn)生用于氧化分解有機污染物的電子空穴對,但是大于其帶隙寬度的紫外光部分僅占整個太陽能的3-4％,這嚴重制約了TiO2的應(yīng)用,為此科學(xué)工作者展開了大量的工作來對其進行改善使其在可見光部分有催化性,其中包括過渡金屬摻雜、

2、非金屬摻雜、窄帶半導(dǎo)體復(fù)合等。雖然改善后的TiO2在可見光區(qū)有了一定的光催化性,但是其催化活性卻不如紫外區(qū)激發(fā)的電子空穴對強。稀土離子頻率上轉(zhuǎn)換可以將長波長光轉(zhuǎn)換為短波長光。利用稀土離子的這一發(fā)光特性將太陽光中紅外和可見光上轉(zhuǎn)換為TiO2所需的紫外光不僅可提高太陽光的總體利用率,還可保持TiO2激發(fā)態(tài)電子-空穴對的活性。為此對所制備的上轉(zhuǎn)換發(fā)光劑的性質(zhì)以及將其與TiO2混合后的光催化性能做了以下幾個方面的研究:
　　1.分別在98

3、0nm以及532nm激發(fā)下研究了Y(1-0.05-x)AlO3:0.05 Er3+,x Gd3+樣品的上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì),在980nm激發(fā)下觀察到了646nm的紅光、550nm的綠光以及380nm的紫外光,在532nm激發(fā)下,測試到中心波長分別為850nm的紅外光655nm的紅光410nm的近紫外光以及380nm的紫外光。并且通過摻入非激活離子Gd3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度得到了大幅度提高,當摻雜濃度達到40%上轉(zhuǎn)換強度最大。同樣功率980nm激發(fā)

4、下,上轉(zhuǎn)換紅光和綠光的強度分別提高了8倍和10倍,532nm激發(fā)下410nm發(fā)射光提高了7倍。這主要是由于Gd3+離子的摻入破壞了發(fā)光中心Er3+離子的局域?qū)ΨQ性導(dǎo)致的。當利用所得的上轉(zhuǎn)換發(fā)光劑與TiO2混合,在氙燈照射下TiO2光降解甲基橙的效率得到了明顯的改善,從52%提高到了71%。
　　2.在980nm激發(fā)下得到了ZnF2:Yb3+,Tm3+樣品豐富的光譜,其中包括800nm的紅外光645nm和695nm的紅光450nm和

5、480nm的藍光以及290nm、345nm和360nm的紫外光,并且詳細討論了其上轉(zhuǎn)換發(fā)光機理。在摻入堿土離子后,ZnF2:Yb3+,Tm3+的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度得到了很大改善,其中Ca2+離子和Ba2+離子摻雜的最佳濃度為40%時,發(fā)光強度分別提高了12.25倍和16.4倍,Sr2+離子的最佳濃度為60%,發(fā)光強度提高了17.6倍。利用所得樣品的上轉(zhuǎn)換特性與TiO2結(jié)合,在氙燈照射下發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光劑與TiO2混合物光降解甲基橙的效率優(yōu)于單

6、純的TiO2,Ca2+、Sr2+、Ba2+摻雜的ZnF2:Yb3+,Tm3+與其混合分別從63%、56%、51%提高到了87%、66%、60%。
　　3.采用水熱法制備了納米棒狀的NaYF4:Yb3+,Tm3+,在980nm激發(fā)下觀察到了800nm的紅外光645nm和695nm的紅光450nm和480nm的藍光以及290nm、345nm和360nm的紫外光,當Tm3+離子濃度為1%時強度最強。以上轉(zhuǎn)換藍光為研究對象用980nm和8