NaYF4-Ho3+@TiO2-rGO三元光催化劑的制備及其性能研究.pdf

1、TiO2是一種性能優(yōu)越的環(huán)境功能材料，因其光催化活性高、性質(zhì)穩(wěn)定和價(jià)廉無毒等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而被作為最常用的光催化劑。目前限制TiO2廣泛應(yīng)用有以下兩個(gè)方面：一是光響應(yīng)面較窄，僅能利用太陽光中紫外光；另外是電子-空穴易復(fù)合，光量子效率較低。本論文基于目前光催化技術(shù)的現(xiàn)狀，提出以石墨烯為基底復(fù)合“上轉(zhuǎn)換發(fā)光技術(shù)”和“TiO2光催化技術(shù)”是一種較有前景方法來改進(jìn)光催化劑TiO2的光催化效率。本文通過水熱法制備出稀土離子單摻的上轉(zhuǎn)換材料β-NaYF4

2、:Ho3+，溶膠凝膠法制備出核殼結(jié)構(gòu)的β-NaYF4:Ho3+@TiO2可見光催化劑，通過紫外光還原 GO制備出β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元光催化劑，為了考察制備的催化劑結(jié)構(gòu)、形貌、發(fā)光性能以及光催化活性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①X射線衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）結(jié)果表明β-NaYF4:Ho3+呈六棱柱狀，其長(zhǎng)約9.0 um，直徑約4.0 um，通過能譜分析（EDS）和光電子能譜分析（XPS）結(jié)果表明上

3、轉(zhuǎn)換材料Ho元素是以離子價(jià)態(tài)形式存在于基質(zhì)材料β-NaYF4的晶格內(nèi)。β-NaYF4:Ho3+@TiO2復(fù)合光催化劑，通過透射電子顯微鏡（TEM）和 STEM-EDS等表征發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料呈核殼結(jié)構(gòu)，且TiO2殼的厚度約50 nm。在β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元光催化體系內(nèi)rGO表現(xiàn)優(yōu)異的二維片層結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料形貌和結(jié)構(gòu)并沒有因?yàn)閞GO的引入而發(fā)生改變。②紫外可見漫反射（UV-Vis DRS）表征結(jié)果顯示，β-NaYF4

4、:Ho3+在可見光內(nèi)有三個(gè)明顯的吸收峰，分別為450、532和633 nm，并以此波長(zhǎng)為激發(fā)波長(zhǎng)，通過對(duì)上轉(zhuǎn)換材料、復(fù)合材料和三元復(fù)合材料的熒光發(fā)射光譜（PL）表征發(fā)現(xiàn)：在三個(gè)可見光波長(zhǎng)激發(fā)下均產(chǎn)生上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，其中在450nm激發(fā)下發(fā)射出290 nm的紫外光，可激發(fā)TiO2產(chǎn)生光催化現(xiàn)象。另外通過改變激發(fā)光功率，可以確定該體系均發(fā)生的是兩光子上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)β-NaYF4:Ho3+@TiO2的PL表征結(jié)果表明，在450 nm激發(fā)下產(chǎn)生

5、的PL光譜極弱，發(fā)光被 TiO2吸收利用。對(duì)比發(fā)現(xiàn)β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元復(fù)合物在450 nm激發(fā)下的PL峰進(jìn)一步減弱，幾乎不發(fā)射熒光，這是由于體系內(nèi)rGO的引入有利于提高光催化的效率。③通過傅立葉紅外光譜（FTIR）、拉曼光譜（Raman）、XPS和UV-Vis DRS表征表明在三元復(fù)合體系內(nèi)存在 rGO，而且在還原過程中 TiO2和 rGO形成 Ti-C化學(xué)鍵，有利于使TiO2的吸收截面紅移。通過電化學(xué)、3D熒

6、光光譜和電子自旋共振（ESR）表征得出，在β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元光催化劑體系中，由于rGO的引入可有效增強(qiáng)電子的傳輸能力，有利于提高電子和空穴的分離，同時(shí)比表面積表征（BET）發(fā)現(xiàn)由于rGO的引入使得體系的比表面積和孔徑都有較大的提升，有利于有機(jī)污染物的吸附降解，增強(qiáng)光催化性能。④β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元光催化劑光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)RhB溶液的脫色效果光催化劑用投加量有關(guān)，當(dāng)光催化劑投

7、加量為0.15 g時(shí)，脫色效果最好，光照下10 h的RhB脫色率高達(dá)95％。而底物濃度與RhB溶液的脫色效果成反比。RhB濃度為4.0 mg/L時(shí)，脫色效果最好，光照下10 h可實(shí)現(xiàn)完全脫色。光照強(qiáng)度增大時(shí)，光催化劑對(duì) RhB的脫色率呈上升趨勢(shì)，光照強(qiáng)度為100600 lx時(shí)，光照下6 h即可實(shí)現(xiàn)完全脫色。β-NaYF4:Ho3+@TiO2-rGO三元光催化劑降解RhB的符合Langmuir- Hinshelwood零級(jí)動(dòng)力學(xué)方程?？紤]