[發(fā)明專利]基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710299972.9
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107008472B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳偉;田青勇
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;B01J35/02;C09K11/85;C02F1/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

本發(fā)明涉及一種基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑的制備方法。其特征在于采用改進(jìn)的熱分解法合成規(guī)則均一、放光效率較高的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，能夠通過控制錫源以及銀源的用量實現(xiàn)對包覆二氧化錫殼層的厚度以及修飾銀納米顆粒的大小進(jìn)行調(diào)控剪裁。本發(fā)明制備合成的上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑成功將近紅外光進(jìn)入到光催化劑體系，得到全光譜范圍響應(yīng)(UV?Vis?NIR)的復(fù)合光催化劑，實現(xiàn)了對太陽光的高效利用。本發(fā)明制備合成的上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑對有機染料羅丹明B表現(xiàn)出良好的光催化降解性能。此合成方法相對簡單、易于操作、易于調(diào)控，該催化劑具有高效、穩(wěn)定、無毒無害等優(yōu)點，在能源相關(guān)領(lǐng)域也具有較大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)如今，日益惡化的環(huán)境問題仍然是威脅人類健康與發(fā)展的全球性危機，環(huán)境治理與修復(fù)勢在必行。半導(dǎo)體光催化(Semiconductor-based photocatalyst)技術(shù)作為一種新型的綠色凈化技術(shù)，能夠直接吸收利用太陽光并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，將污染物分解為H₂O和無機小分子，從而達(dá)到凈化目的，已在水污染治理、大氣治理、土地治理等方面有大量應(yīng)用。常用的半導(dǎo)體比如：二氧化鈦、二氧化錫、氧化鋅等，因為其成本低廉、高效穩(wěn)定、無毒無害等優(yōu)點而被廣泛研究應(yīng)用。但是這些半導(dǎo)體因為其禁帶寬度較寬(E_g>3eV)，只能吸收利用太陽光譜中紫外部分的光，而此部分紫外光僅占太陽光譜的5％。而43％的可見光和52％的近紅外光則沒有被利用，因此，光能利用率較低。通過耦合窄禁帶半導(dǎo)體、負(fù)載貴金屬和能帶調(diào)控工程等方法已成功將可見光引入到光催化劑體系。其中負(fù)載Ag,Au,Pt等貴金屬納米顆粒能夠有效提升光催化劑的催化性能。貴金屬納米顆粒的局域表面等離子共振(located surface plasmon resonance,LSPR)效應(yīng)、局域電磁場(localized surfaceelectromagnetic field)等性質(zhì)能夠有效拓寬光吸收范圍、提升電子空穴對產(chǎn)率以及促進(jìn)光生電子空穴對的有效分離，從而提升體系光催化性能。但大部分近紅外光則鮮有問津。因此，如何有效拓寬太陽光譜吸收閾值至近紅外區(qū)域，提升光能利用率，是提升光催化劑光催化性能的重要考究。

上轉(zhuǎn)換材料(Upconversion material)是在能量較低的長波輻射激發(fā)下，發(fā)射出能量較高的短波輻射。上轉(zhuǎn)換發(fā)光本質(zhì)上是一種反stocks發(fā)光，即輻射的能量大于所吸收的能量。利用稀土元素的亞穩(wěn)態(tài)能級特性，可以吸收多個低能量的長波輻射，從而可使人眼看不見的紅外光變成可見光和紫外光。因此，將上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料引入到光催化劑體系中，則能夠有效利用近紅外部分太陽光，將其轉(zhuǎn)化為可見光或者紫外光而被半導(dǎo)體吸收利用，從而有效提升光能利用率。通過引入上轉(zhuǎn)化納米顆粒，制備全光譜響應(yīng)(UV-Vis-NIR)的等離子型半導(dǎo)體光催化劑，能夠有效提升體系光催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了設(shè)計合成一種全光譜響應(yīng)的上轉(zhuǎn)換和等離子增強型的高效光催化劑。以上轉(zhuǎn)化發(fā)光顆粒為基材，成功將近紅外光進(jìn)入到光催化劑體系，得到全光譜范圍響應(yīng)的復(fù)合光催化劑，實現(xiàn)了對太陽光的高效利用。該催化劑對有機物降解具有高效、穩(wěn)定等優(yōu)點，并且在能源相關(guān)領(lǐng)域也具有應(yīng)用潛力。該合成過程相對簡單，易于操作。

本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光與等離子體增強型光催化劑的制備方法，主要包括通過改進(jìn)的熱分解法合成上轉(zhuǎn)換納米顆粒，包覆二氧化錫殼層以及修飾銀納米顆粒三個部分組成。

包括下述步驟：

(1)改進(jìn)的熱分解法合成上轉(zhuǎn)換納米顆粒，具體方法為：選取稀土氯化物加入到的油酸-十八烯溶劑中攪拌得到第一混合溶液，將所述第一混合溶液加熱至160℃并保溫30～40min，自然冷卻至50℃，隨后加入氟化鈉甲醇溶液攪拌得到第二混合溶液，所述第二混合溶液中稀土氯化物：氟化鈉的摩爾比為1：5，將所述第二混合溶液繼續(xù)加熱到300℃并保持90～100min，獲得上轉(zhuǎn)換納米顆粒；