[发明专利]一种NaYF4:Yb,Tm/TiO2复合纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是一种NaYF₄:Yb,Tm/TiO₂复合纳米纤维的制备方法。

背景技术

TiO₂作为一种重要的半导体光催化材料，当受到光照时，处于价带上的电子被激发到导带，从而分别在导带、价带上形成高活性的电子(e^-)和空穴(h⁺)，其分别与溶解氧、水分子作用，产生具有高活性、强氧化性的超氧自由基(O₂^-·)、单线态氧(¹O₂)和羟基自由基(·OH)等，能够将水中的有机物降解为CO₂和H₂O。然而，TiO₂自身的宽禁带特征使得其只能吸收能量大于或等于3.2eV的紫外光才能引起光催化反应，而紫外光区辐射能仅占太阳光辐射总能量的5％左右。Yb、Tm掺杂的NaYF₄上转换纳米颗粒能将近红外光转换成紫外-可见光，通过制备上转换颗粒与TiO₂的复合材料，能够有效拓展TiO₂的光响应范围。

英国《材料化学杂志A》(JournalofMaterialsChemistryA，2012年，第4卷，第13486-13491页)，报道一种在六方相的NaYF₄纳米晶上直接包覆一层TiO₂，制备NaYF:Yb,Tm@TiO₂核壳纳米颗粒的方法。该方法首先合成疏水性的NaYF₄纳米颗粒，然后通过CTAB改性获得水溶性颗粒，接着采用溶胶-凝胶法在颗粒表面包覆一层非晶的TiO₂，最后通过煅烧获得结晶性的TiO₂。采用该方法制备的NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂纳米颗粒的TiO₂壳层厚薄不均匀，煅烧过后颗粒容易发生团聚，且产量较低，不利于推广生产。

美国《美国化学会应用材料和界面》(ACSAppliedMaterials&Interfaces，2014年，第6卷，第340-348页)，报道了一种制备双壳层结构的β-NaYF₄:Yb,Tm/Er@SiO₂@TiO₂上转换光催化剂的方法。该方法首先制备β-NaYF₄:Yb,Tm/Er纳米颗粒，然后在颗粒表面包覆一层二氧化硅，接着在二氧化硅外面外延一层非晶的TiO₂，最后在反应釜中晶化，得到β-NaYF₄:Yb,Tm/Er@SiO₂@TiO₂纳米颗粒。该方法步骤繁琐，且需要引入SiO₂中间层，减弱了上转换颗粒与TiO₂之间的能量传递，降低光催化效率。

美国《美国化学会催化》(ACSCatalysis，2013年，第3卷，第405-412页)报道了一种通过两步化学湿法制备NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂核壳结构纳米颗粒的方法。先通过溶剂热法以PVP作为螯合剂，乙二醇为溶剂，制备可溶于极性溶剂的α-NaYF₄:Yb,Tm纳米颗粒，然后将制备好的颗粒溶于乙醇，利用钛酸四丁酯的水解在颗粒表面包覆非晶的TiO₂，最后用反应釜160℃，保温6h晶化得到NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂纳米颗粒。该方法制备的上转化颗粒为立方相结构，上转化效率较六方相的低，光催化效果较差。