本站小編為你精心準備了論上轉換光催化材料制備及應用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:上轉換材料根據組成不同，可分為氟化物、硫化物、鹵氧化物等種類，其具有吸收紅外光并發射紫外光、可見光的能力，在生物分子標記、上轉換激光器、光導纖維通訊、光催化等領域都具有潛在的應用前景．以制備方法為主線，綜述了不同制備方法得到的上轉換材料的優缺點，其中水熱法具有實驗條件簡單、過程容易控制的特點，超聲法獲得的產品具有成分均勻、可重復性高，且可用于制備結晶態材料的特點，煅燒及熱處理法生長容易，可制成玻璃類制品．對不同制備方法得到的上轉換材料光催化性能進行了討論，就光催化領域的應用現狀和發展趨勢進行了展望．不同制備方法得到的材料在光譜的響應范圍和光催化活性方面存在差異，這種差異并不是制備方法直接影響的，而是因為不同制備方法得到的材料晶體結構差異導致的，所以在光催化領域，制備新型的上轉換材料是重點研究方向之一．

關鍵詞:上轉換;復合材料;光催化;半導體

隨著現代科技的不斷進步，能源消耗量日益增加，環境污染日趨嚴重，開發可持續利用的清潔能源用于緩解能源短缺問題成為研究熱點［1-3］．目前，太陽能是最直接可見的清潔能源，提高太陽能的利用率即顯得尤為重要．半導體是一種導電性質介于導體與絕緣體之間的材料，具備特殊的性質，其可以將一定波長范圍的太陽能轉化為其他形式的能量，在提高太陽能利用效率方面具有十分可觀的前景，盡管如此，其依然存在禁帶較寬，僅能吸收紫外光與可見光的短波部分等問題［4-5］．上轉換材料具有吸收紅外光并發射紫外光的能力，將上轉換材料與半導體進行復合，可以很好的解決這一問題［6-8］．本文主要介紹了上轉換半導體復合材料的常用合成方法及應用最新進展．

1水熱、溶劑熱法

2013年，南京科技大學的Wang等［9］制備了上轉換六方相NaYF4微米棒和具有暴露的001晶面的高反應性的銳鈦礦相的TiO2納米片組成的核殼結構復合物，實驗表明其在分解苯酚和羅丹明B方面較物理混合物和純TiO2具有更高的光催化活性．Hou等［10］采用簡便的溶劑熱法合成了Fe-Er共摻雜TiO2(Fe/Er-TiO2)．并通過使用中心復合設計(CCD)模型的響應面方法(RSM)來獲得這種新型Fe/Er-TiO2的最佳合成條件．研究發現，與可見光照射下的原始TiO2，Er-TiO2，Fe-TiO2和DegussaP25(P25)相比，Fe/Er-TiO2對雙酚A(BPA)降解的光催化活性提高．所獲得的RSM模型(R2=0．929)顯示的實驗結果與BPA去除效率的預測值之間十分吻合．對于［Er］，［Fe］和［CT］，確定Fe/Er-TiO2的最佳制備條件分別為1．5mol%，1．25mol%和450℃．改良過的Fe/Er-TiO

2的光催化活性在使用

10次后仍得到有效保持．Duo等［11］通過簡單的水熱法制備β-NaYF4:Yb3+，Tm3+@TiO2納米復合材料，實驗表明當NaYF4:Yb3+，Tm3+上轉換納米材料表面包覆TiO2時，光催化活性明顯提高，β-NaYF4:Yb3+，Tm3+@TiO2納米復合材料對MB和RhB的光降解效率最高，模擬的太陽光照射下4．5h內即可分解約73%的MB或80%的RhB．當加入紫外濾光片除去模擬日光發射的紫外光時，在4．5h內β-NaYF4:Yb3+，Tm3+@TiO2納米復合材料分解大約42%的MB或48%的RhB．這意味著在光降解過程中，上轉換驅動的光催化性能比紫外光驅動的光催化性能更有效．Liu等［12］通過無水稀釋水熱法合成上轉換發光材料10BaF2:NaF，Na3AlF6和10BaF2:NaF，Na3AlF6/TiO2復合光催化劑．在可見光照射下(λ＞515nm)光催化還原CO2來評估其催化活性．結果表明，在相同條件下，10BaF2:NaF，Na3AlF6/TiO2是比純TiO2更有效的CO2還原光催化劑，其相應的甲醇產率分別為179和0μmol/g．2017年，Wu等［13］通過水熱合成方法合成了Yb3+/Tm3+共摻雜的花狀四方結構In2S3光催化劑且用Yb3+/Tm3+摻雜不顯著改變In2S3的結晶度．共摻雜In2S3的Yb3+/Tm3+呈現顯著增強的光催化活性．鉻(Ⅵ)還原的n(In3+)∶n(Yb3+)∶n(Tm3+)=159∶40∶1時，光催化協同效應最好，效率可達97．9%(NIR，100min)，99．3%(vis，10min)和98．3%(UV，10min)，而羅丹明B降解效率為98．4%(NIR，100min)，97．3%(vis，14min)和96．3%(UV，14min)．在全光譜輻照6min和7min時，鉻(VI)和羅丹明B降解率可達到99．4%和94．8%，相應的速率常數分別為純In2S3的2．17和5．60倍．2超聲分散法Wang等［14］的工作中，采用簡單超聲分散和液體沸騰法制備了TiO2/Er3+:Y3Al5O12復合材料．對不同Er3+:Y3Al5O12摻雜量、熱處理溫度和熱處理時間對TiO2/Er3+:Y3Al5O12復合材料光催化降解酸性紅B的影響進行了詳細的調查．發現TiO2/Er3+:Y3Al5O12復合材料的光催化活性遠高于僅有TiO2粉末的類似體系．這些結果支持了TiO2/Er3+:Y3Al5O12復合物在光降解染料廢水中的作用．Gao等［15］采用超聲分散法合成了新型光催化劑Er3+:YAlO3/Fe摻雜TiO2-ZnO復合材料．研究了Er3+:YAlO3含量、熱處理溫度和熱處理時間等制備條件對Er3+:YAlO3/Fe摻雜TiO2-ZnO復合材料光催化活性的影響以及太陽光照射時間、染料初始濃度和Er3+:YAlO3/Fe摻雜TiO2-ZnO用量以及有機染料對光催化降解的影響．實驗結果表明，在相同條件下，Er3+:YAlO3/Fe摻雜TiO2-ZnO復合材料能有效利用太陽能對酸性紅B染料進行降解，其光催化活性遠優于摻Fe的TiO2-ZnO復合材料．Zhang等［16］設計了一種新型Er3+:Y3Al5O12/Bi2WO6光催化劑，典型模型污染物苯酚的光降解表明，在模擬太陽光照射下，Er3+:Y3Al5O12/Bi2WO6光催化劑比純Bi2WO6表現出更強的光活性．Er3+:Y3Al5O12/Bi2WO6光催化劑在波長超過Bi2WO6吸收邊的可見光下也顯示出光催化活性，這進一步證明了Er3+:Y3Al5O12的上轉換效應．Won等［17］采用微波溶膠-凝膠和超聲波分散兩步法合成了TiO2包覆的CaLa2(MoO4)4和CaLa2(MoO4)4:Er/Yb納米核殼．納米核殼結構顯示出良好的結晶狀態，其粒徑呈10～20nm均勻分布．TiO2包覆的CaLa2(MoO4)4和CaLa1．7(MoO4)4:Er0．1Yb0．2在可見光下的降解效率為10%＞15%＞5%，而在980nm激發下，CaLa1．7(MoO4)4:Er0．1Yb0．2和CaLa1．5(MoO4)4:Er0．05Yb0．45粒子的上轉換強度表現出強烈的525nm和弱的550nm發射帶．Wang等［18］制備了一種新型的二氧化鈦光催化劑，該催化劑在可見光照射下具有較高的催化活性，并且合成了一種結晶型Er3+:Y3Al5O12，發現其在488nm可見光的激發下可以發射三個低于387nm的上轉換熒光峰，可滿足TiO2光催化劑的真正需求．他們制備的TiO2光催化劑涂層結晶的Er3+:Y3Al5O12在可見光和日光照射下表現出顯著提高的光催化活性，并且能夠有效分解在水溶液中的剛果紅．這種方法可以成為一種利用太陽能處理染料廢水的新技術．Li等［19］采用超聲波處理方法合成了一種新型的太陽能光催化劑Er3+:Y3Al5O12/TiO2-CeO2復合材料，以偶氮品紅染料作為模型有機污染物評價復合材料的太陽光光催化活性，通過UV-Vis光譜和離子色譜監測降解反應的進展．研究了Er3+:Y3Al5O12/TiO2-CeO2太陽光光催化活性的關鍵影響因素，如Ti/Ce摩爾比，熱處理溫度和熱處理時間．發現復合材料的太陽光光催化活性優于Er3+:Y3Al5O12/TiO2和Er3+:Y3Al5O12/CeO2粉末．

3煅燒及熱處理法

Zhang等［20］通過簡單的熱處理方法成功合成了Er3+:YAlO3負載的BiPO4．在模擬的太陽光照射下，復合體系對甲基蘭溶液光降解效率相對BiPO4有較大提高．Zhang等還研究了負載量與降解速率之間的關系，發現Er3+:YAlO3的最佳負載量為7wt%并對所選樣品進行回收試驗以研究Er3+:YAlO3負載BiPO4體系的穩定性．Zheng等［21］的工作中，討論了稀土離子與半導體材料之間的基本能量轉移過程，并提出了它們無輻射能量有效耦合的適合模式．設計并成功通過煅燒法制備了一種新型的基于NIR的UC光催化劑CaIn2O4:Yb3+，Tb3+，該光催化劑在980nm照射下表現出較高的光催化活性．這項工作突出了稀土離子和半導體之間的ET調諧對近紅外光高性能催化的潛力．

4結語與展望

隨著研究的深入，人們已經開發出了多種上轉換材料，并可按照不同的制備方法得到具有不同特點的上轉換發光材料，現已廣泛應用在生物分子標記、上轉換激光器、光導纖維通訊等領域．相信在不久的將來，一定會尋找到更高效的上轉換材料與半導體進行復合，使其具有更加穩定的物理化學性質，提高太陽光等清潔能源的利用率，減少環境污染，更好的造福人類社會．

作者：滕洪輝 楊雯晴 高彬 高澤 韓丹丹 李天育 單位：吉林師范大學