[发明专利]Yb3+-Er3+-Tm3+掺杂CaF2基质负载Cr3+-Bi2WO6上转换光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料领域，具体地，涉及一种Yb³⁺-Er³⁺-Tm³⁺掺杂CaF₂基质负载Cr³⁺-Bi₂WO₆上转换光催化材料的制备方法。

背景技术

目前，环境和能源问题是我们亟待解决的重大问题。光催化是一种以光催化材料吸收一定波长的光来驱动光化学反应进而使废水中有机物获得降解的环境污染治理技术。光催化材料主要有TiO₂、CdS、Bi₂WO₆等，其中，Bi₂WO₆是一种典型的n-型直接带隙铋系半导体光催化材料，其禁带宽度为2.7eV，吸收带边为459nm左右，理论上可以利用太阳光中波长小于459nm的光进行光催化反应。但这也意味着，太阳光中波长大于459nm的可见光和近红外光无法得到利用。为扩大光催化材料的太阳光利用率，有人将Fe³⁺引入Bi₂WO₆中，所得到的Fe³⁺-Bi₂WO₆的吸收带边可以扩大到520nm左右(相关文献：J.Colloid Interf.Sci.2012，369，373)；将Cr³⁺元素掺入TiO₂中，可将掺杂材料的吸收带边扩大到500～755nm(相关文献：J.Phys.Chem.C，2010，114，2873)。但仅仅依靠这些金属元素掺杂制备的光催化材料还是不能利用太阳光中波长较长的可见光和近红外光。为此，一种将光催化材料与上转换材料相结合的上转换光催化材料的研制开始得到重视。

上转换材料具有将波长较长的光转换成波长较短的光的功能，这种材料一般由稀土元素如Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺等与稀土氟化物等基质材料构成。有研究表明，Er³⁺掺杂Bi₂WO₆(相关文献：Appl.Catal.B：Environ.2010，101，68)和Er³⁺：Y₃Al₅O₁₂负载Bi₂WO₆(相关文献：Catal.Commun.2011，13，31)可将波长较长的可见光转换为紫外光激发Bi₂WO₆。上转换材料与光催化材料通过合适的方法相结合，对提高太阳光能的利用，无疑具有重要价值。

此外，根据稀土离子的无辐射弛豫和能量传递理论，承载稀土离子的基质材料声子能量越低，发生无辐射弛豫的几率越低，上转换发光效率就越高。因此，选择合适的基质材料有利于提高上转换发光效率进而提高Bi₂WO₆上转换光催化材料的催化活性。从已有文献报道看，与光催化材料(TiO₂或CdS)复合的上转换基质材料主要有稀土氟化物如NaYF₄(相关文献：ACS Appl.Mater.Interfaces2011，3，3239；Appl.Catal.B：Environ.2010，100，433)、YF₃(相关文献：Chem.Commun.2010，46，2304)、LaF₃(相关文献：Adv.Mater.2010，22，4373)等，这些氟化物成本高且不易获得，因此，难以在实际中得到应用。2010年，吉林大学的秦伟平等人(专利号：CN102737852A)曾提到过采用CaF₂作为承载稀土离子的上转换基质材料，但是没有提到将稀土掺杂CaF₂与Bi₂WO₆结合，更未提及稀土掺杂CaF₂与Cr³⁺-Bi₂WO₆相结合制备相关的上转换光催化材料。