[发明专利]一种二氧化硅-稀土-二氧化钛杂化材料及其制备方法

说明书

本发明提出了一种二氧化硅‑稀土‑二氧化钛杂化材料及其制备方法。本发明包括二氧化硅、稀土络合物和二氧化钛，二氧化硅为核心，稀土络合物包裹在二氧化硅的外表面上形成第一层壳，二氧化钛包裹在稀土络合物的外表面上形成第二层壳；杂化材料中二氧化硅、稀土络合物、二氧化钛的质量比为1:0.3:0.6‑2:0.1:1.7。本发明具有核壳结构，尺寸分布均匀，形貌良好，分散均匀；稀土络合物包覆二氧化硅球，克服了稀土络合物容易团聚的问题，具有良好的荧光性能，在储能、太阳能电池、光子器件、催化等领域有更好的应用；二氧化钛处于杂化材料的最外层，有效减小了稀土络合物的无辐射跃迁，优化了稀土络合物的发光效率，提高了稳定性。

技术领域

本发明涉及杂化材料的技术领域，特别是指一种具有核壳结构的二氧化硅-稀土-二氧化钛杂化材料及其制备方法。

背景技术

杂化材料(Hybrid material)是由两种纳米或分子级别成分组成的混合物，是一种包含有二种在纳米或分子水平成份的复合材料，是继单组分材料、复合材料和梯度材料之后的第四代材料。在自然界中，杂化材料通常是由一种无机物同一种有机物的混合。因此，它和传统复合物或复合材料不同，后者成份的尺寸在微米至毫米范围宏观尺寸；杂化材料是在微观尺度上的混合，内部结构较均匀。杂化材料显示的不是介于二相间的特性，而显示出新特性。

纳米二氧化钛(TiO₂)是一种重要的无机功能材料，由于其粒子具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质；其晶体具有防紫外线、光吸收性好、随角异色效应和光催化等性能；而且它的耐候性、耐化学腐蚀性和化学稳定性较好；因此，纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、太阳能电池、有机污染物降解、涂料等领域。但是纳米二氧化钛也有一定的局限性，例如：其带隙比较宽，光吸收仅限于紫外区和近紫外区，可利用的能量尚达不到照射到地面的太阳光的10％。

目前，现有技术中也出现了一些对纳米二氧化钛进行改进的技术，例如：在纳米二氧化钛中添加合适的物质(如树脂、聚苯胺、偶联剂、氟碳树脂等)，对其进行改性；但是，这些对纳米二氧化钛进行改性的技术存在工艺流程长，操作不方便，难以控制的问题，而且所得改性纳米二氧化钛的形貌不可控，这对纳米二氧化钛的光吸收能力基本无影响，所得纳米二氧化钛改性材料的荧光效率和荧光强度仍然很低，限制了二氧化钛的实际应用。

发明内容

本发明提出一种具有核壳结构的二氧化硅-稀土-二氧化钛杂化材料及其制备方法，解决了现有技术中的二氧化钛杂化材料荧光强度低而限制了其实际应用的问题。

本发明的一种具有核壳结构的二氧化硅-稀土-二氧化钛杂化材料，其技术方案是这样实现的：包括二氧化硅、稀土络合物和二氧化钛，所述二氧化硅为核心，所述稀土络合物包裹在所述二氧化硅的外表面上形成第一层壳，所述二氧化钛包裹在所述稀土络合物的外表面上形成第二层壳；所述杂化材料中二氧化硅、稀土络合物、二氧化钛的质量比为1:0.3:0.6-2:0.1:1.7，所述稀土络合物是稀土化合物在有机配体中形成的，所述有机配体包括第一配体和第二配体，所述稀土化合物、所述第一配体和所述第二配体的摩尔比为1:1:1-1:3:1，所述第一配体为2-噻吩甲酰三氟丙酮、二苯甲酰甲烷中的任意一种或两种，所述第二配体为1,10-菲罗啉、乙酰丙酮中的任意一种或两种。

本发明的杂化材料具有核壳结构，二氧化硅为核心，稀土络合物包裹在二氧化硅的外表面上形成第一层壳，二氧化钛包裹在稀土络合物的外表面上形成第二层壳尺寸分布均匀；二氧化硅的形貌良好，分散均匀；稀土络合物包覆分散良好的二氧化硅球，克服了稀土络合物容易团聚的问题，具有良好的荧光性能，使其在储能、太阳能电池、光子器件、催化等领域有更好的应用；二氧化钛处于杂化材料的最外层，能够有效减小稀土络合物的无辐射跃迁，避免基质对稀土络合物的淬灭作用，优化了稀土络合物的发光效率，提高了杂化材料的稳定性。