[发明专利]一种上转换发光材料改性的光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电功能材料、光催化材料等领域，涉及一种新型上转换发光材料改性的纳米TiO₂光催化剂及其的制备以及在太阳能利用方面的应用。

背景技术

能源短缺、环境污染以及大量CO₂排放引起的温室效应，已成为当今世界发展面临的最主要问题，发展新能源与可再生能源、控制CO₂排放、实现CO₂的资源化利用、减缓温室效应已成为社会各界的共识。当前，在众多研究与解决的技术方法中，以太阳能结合光催化技术被认为是具有应用前景的绿色技术之一。利用丰富的太阳能进行发电、太阳能催化制氢等新能源技术来解决能源问题；利用太阳能光催化技术还原CO₂，不仅能将CO₂转化为能源化学物质，如CH₃OH，CH₄等，而且可以减缓温室效应。上述太阳能光催化技术已经受到广泛的关注，而实施这一过程的关键是高性能光催化剂材料的开发。

TiO₂是光催化技术中广泛应用的光催化材料，具有热稳定性和化学稳定性好、比表面积大、无毒、成本低、使用寿命长等优点，是一种性能优良的光催化剂材料。然而由于TiO₂禁带宽度是3.12eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光，这使得太阳光能量的利用率只有4％左右，导致光转化效率低，工业化应用大受限制。为了拓展TiO₂的光响应范围，国内外学者对TiO₂进行了大量改性研究，例如金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化和非金属离子掺杂等，这些方法虽然可以使TiO₂的光响应区域产生红移，减小TiO₂的禁带宽度，但是禁带宽度的减小将会降低光生电子和空穴的氧化还原电位，导致光催化性能降低。

上转换发光材料是一种能吸收多个低能量光子而发射高能量光子的材料，即吸收光的波长大于发射光波长。如果将上转换发光材料与TiO₂复合，将可见光或红外光转换为紫外光再激发TiO₂，在不降低TiO₂禁带宽度的前提下，可以提高TiO₂对可见光和红外光的利用率，将进一步拓宽TiO₂在太阳能电池材料、光催化分解水制氢、CO₂资源化利用、绿色化学合成和环境保护等方面的应用。

由于稀土元素的4f能级有广泛的跃迁能级，目前国内外常用的上转换发光材料大多为稀土掺杂材料，为了避免对稀土资源的依赖，寻找非稀土类具有较高量子效率且发射紫外光的上转换发光材料具有重要意义，但是到目前为止未发现非稀土类上转换发光材料的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种上转换发光材料改性的光催化剂及其制备方法，制得的上转换发光材料改性的光催化剂具有可见光和近红外光催化活性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种上转换发光材料改性的光催化剂，其特征在于，制得的该上转换发光材料改性的光催化剂是由上转换发光材料与纳米TiO₂复合而成，TiO₂均匀吸附在上转换发光材料的表面和孔道内。

所述的上转换发光材料是多孔微米棒，长度10-20μm，长径比为2-4，多孔微米棒上的孔道相互连通。该多孔微米棒可吸收500nm~540nm和560nm~610nm的可见光，以及840nm~880nm的近红外光，发射290nm~380nm的紫外光。

所述的上转换发光材料改性的光催化剂的制备方法，将上转换发光材料和纳米TiO₂分散于水中，超声处理后，使TiO₂均匀吸附在上转换发光材料的表面和孔道内，干燥后，以5℃/min升温至500℃，保温3h，得到上转换发光材料改性的纳米TiO₂光催化剂。

其中，上转换发光材料的制备方法是：将硼酸盐玻璃和氟化钡溶于氢氟酸，持续搅拌10h后，进行水热反应、离心、干燥、退火、研磨得到。