[發明專利]一種二氧化鈦摻雜稀土絡合物復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811434897.3
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109294553B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 王薇;李國鵬;唐建國;王瑤;王久興;沈文飛;李磊;李付霞;楊傳開
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/67;C09K11/06
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 宋蓮英

本發明提出了一種二氧化鈦摻雜稀土絡合物復合材料及其制備方法，涉及雜化材料的技術領域。本發明包括二氧化鈦和稀土絡合物；二氧化鈦為中空介孔二氧化鈦，復合材料中稀土絡合物與中空介孔二氧化鈦的摩爾比為0.25:62.5?2:62.5。本發明還給出了上述復合材料的制備方法。本發明將稀土元素通過稀土絡合物的形式摻雜到中空介孔的二氧化鈦中，稀土絡合物或負載在中空介孔二氧化鈦球體的表面上，或者進入中空介孔二氧化鈦球體的內部孔道中，或者在表面和孔道中都具有；中空介孔二氧化鈦尺寸分布均勻，比表面積大，負載的稀土絡合物更多，在稀土絡合物的作用下，提高了能量傳遞的效率，從而大大提高了復合材料的熒光強度和熒光效率。

技術領域

本發明涉及雜化材料的技術領域，特別是指一種二氧化鈦摻雜稀土絡合物復合材料及其制備方法。

背景技術

稀土發光材料是由稀土4f電子在不同能級間躍出而產生的，稀土發光具有吸收能力強，轉換效率高，可發射從紫外線到紅外光的光譜。稀土發光材料具有很多優點，例如：發光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷；光吸收能力強，轉換效率高；發射波長分布區域寬；熒光壽命從納秒跨越到毫秒達6個數量級；物理和化學性能穩定，耐高溫，可承受大功率電子束、高能輻射和強紫外光的作用。正是這些優異的性能，使稀土化合物成為探尋高新技術材料的主要研究對象。稀土發光材料廣泛應用于照明、顯示、顯像、醫學放射圖像、輻射場的探測和記錄等領域，形成了很大的工業生產和消費市場規模，并正在向其他新興技術領域擴展。

二氧化鈦是一種最重要的光催化材料，由于其無毒、低成本和良好的化學穩定性。二氧化鈦光催化劑屬于一種半導體材料，通過能量大于二氧化鈦禁帶寬度的光照射，光激發電子躍遷到導帶，形成導帶電子，同時在價帶留下空穴，形成電子-空穴對，即光生載流子，在通過擴散的方式運動遷移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，產生活性氫氧自由基(HO·)和超氧陰離子自由基(O^2-)，與吸附在催化劑粒子表面上的物質發生氧化還原反應，或者被表面晶格缺陷俘獲。

二氧化鈦光催化劑具有很高的光催化反應活性，但是其光催化反應的量子效率還很低，絕大部分光子在反應中不能夠被利用。由于半導體能帶由充滿電子的價帶(valanceband，VB)和空的導帶(conduetionband，CB)構成，價帶和導帶間存在禁帶，而二氧化鈦晶體的禁帶寬度較高(其中銳鈦礦相為3.2eV，金紅石相為3.0eV)，只能吸收波長小于387nm的紫外光，在可見光照射下沒有光催化活性，而太陽光中只有不足4％的紫外光，這在很大程度上限制了二氧化鈦的實際應用。

發明內容

本發明提出一種二氧化鈦摻雜稀土絡合物復合材料及其制備方法，解決了二氧化鈦的帶隙比較寬而導致現有技術中二氧化鈦光催化材料存在熒光效率低和熒光強度弱的問題。

本發明的一種二氧化鈦摻雜稀土絡合物復合材料，其技術方案是這樣實現的：所述復合材料包括二氧化鈦和稀土絡合物；所述二氧化鈦為中空介孔二氧化鈦，所述復合材料中稀土絡合物與中空介孔二氧化鈦的摩爾比為0.25:62.5-2:62.5。

本發明將稀土元素通過稀土絡合物的形式摻雜到中空介孔的二氧化鈦中，稀土絡合物或負載在中空介孔二氧化鈦球體的表面上，或者進入中空介孔二氧化鈦球體的內部孔道中，或者在表面和孔道中都具有；中空介孔二氧化鈦尺寸分布均勻，比表面積大，負載的稀土絡合物更多；稀土元素通過有機配體制成稀土絡合物，有機配體和稀土元素的絡合作用力強，使稀土元素均勻牢固的摻雜到中空介孔二氧化鈦球體的表面上或內部孔道中，提高了能量傳遞的效率，從而大大提高了復合材料的熒光強度。

作為一種優選的實施方案，所述中空介孔二氧化鈦的比表面積為200-400m²/g，孔徑大小為1-15nm，所述中空介孔二氧化鈦為微球結構，粒徑大小為240-300nm。本發明的二氧化鈦尺寸分布均勻，比表面積大，內部具有中空結構，屬于介孔二氧化鈦，可以負載更多的稀土絡合物；并且這種中空介孔二氧化鈦的形貌為球狀，具有固定形貌，形貌更優化，尺寸可控，熒光性能更好。