一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用，首先，通过两步水热法制备了新型花苞状LuF3:Yb

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用


[0001]本专利技术属于光催化材料污染物降解
，特别涉及一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用。

技术介绍

[0002]光催化技术作为一种绿色的太阳能转换技术，在环境污染物降解和能源转换等方面具有极大的应用前景，引起了人们的广泛关注和研究。现阶段应用的光催化剂多为紫外活性光催化剂，带隙较宽，如TiO2,ZnO,只能利用占太阳光谱5％的紫外光。为了扩大光催化剂的光谱吸收范围以充分利用太阳光，有很多改性方法，如金属离子和非金属离子掺杂，贵金属负载，二元或多元半导体复合。这些方法使得光催化剂可以利用可见光。为进一步扩大光催化剂的光谱吸收范围，上转换材料和光催化材料的结合引起了人们的关注。光催化剂和上转换纳米粒子的结合使得占太阳光谱55％的近红外光得以利用，已经成为扩大光催化剂吸收光谱的一个有吸引力的前景。
[0003]上转换发光是反斯托克斯发光，本质是通过多光子机制将低能量的光子转换为高能量光子的过程。在光催化过程中上转换材料可以作为中介，将吸收的近红外光转换为可被光催化剂吸收利用的可见和紫外光。光催化剂和不同的上转换材料，如：NaYF4：Yb
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，Er
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、CaF2:Yb
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，Er
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和YF3:Yb
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，Er
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的复合已被研究。由于它们上转换发射可见光，实验证明相比可见光，紫外光有更强的光催化性能，因此它们利用上转换提高光催化效率的优势不能被充分体现。上转换纳米粒子和传统的光催化剂如：TiO2、ZnS的复合被广泛研究。光催化剂较大的带隙宽度导致不匹配的光谱重叠，使得上转换光催化剂具有较低的量子产率。同时，良好的界面接触更加有利于上转换纳米粒子和光催化剂之间的能量转移过程。因此，获得强烈蓝紫光上转换发光纳米粒子并和光催化剂形成有效的光谱重叠和良好的核壳形态是提高近红外光照射下上转换光催化剂催化效率的关键目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，克服上转换材料较少的紫外发射以及它和光催化剂存在的光谱不重叠问题，本专利技术的目的在于提供一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用，本专利技术的上转换发光核具有254nm、288nm的深紫外发射，346nm、362nm的紫外发射以及452nm、478nm的蓝光发射，光催化剂壳的吸收光谱和上转换发光核的发射光谱有效重叠，且核壳之间具有良好的界面接触，这些使得LuF3:Yb
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,Tm
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@BiOCl具有良好的近红外光响应性能，在NIR和Vis
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NIR光照射下，10％LuF3：Yb
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，Tm
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@BiOCl的MB降解效率相比BiOCl分别提高了1.42和1.64倍。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种核壳结构上转换光催化材料，以LuF3:Yb
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,Tm
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为核，BiOCl为壳，结构式为LuF3:Yb
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,Tm
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@BiOCl。
[0007]在一个实施例中，所述核，为直径300
‑
500nm的花苞状上转换纳米粒子，在980nm激
光器激发下，具有254nm的深紫外上转换发射；所述壳，为均匀包覆在LuF3:Yb
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,Tm
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表面的纳米薄片球状结构。
[0008]本专利技术还提供了所述核壳结构上转换光催化材料的制备方法，先采用两步水热法合成LuF3:Yb
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,Tm
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；随后通过溶剂热法在其外包覆上BiOCl壳层。
[0009]在一个实施例中，所述两步水热法的过程如下：
[0010]将Lu(NO3)3,Yb(NO3)3和Tm(NO3)3分散在去离子水中，并调节至碱性，之后在聚四氟乙烯衬里高压釜中180
‑
200℃加热20
‑
24h，自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇离心洗涤获得前驱体Ln4O(OH)9NO3，Ln＝Lu,Yb,Tm；
[0011]向该前驱体中加入去离子水进行超声分散并加入NH4F溶液，之后在聚四氟乙烯衬里高压釜中180
‑
200℃加热2
‑
3h，自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇清洗所得样品数次，干燥后在450
‑
600℃煅烧2
‑
3h，得到LuF3:Yb
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,Tm
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；
[0012]所述溶剂热法的过程如下：
[0013]将1.5
‑
2mmol Bi(NO3)3.5H2O溶于15
‑
20mL有机溶剂中，标记为溶液A，1.5
‑
2mmol KCl溶于15
‑
20mL有机溶剂中，标记为溶液B，将溶液B与溶液A混合，随后加入LuF3:Yb
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,Tm
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，将所得混合物在聚四氟乙烯衬里高压釜中140
‑
180℃下保存10
‑
16h，自然冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇洗涤数次，干燥即得LuF3:Yb
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,Tm
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@BiOCl上转换光催化材料。
[0014]在一个实施例中，所述干燥的条件为60
‑
85℃下干燥8
‑
16h
[0015]在一个实施例中，Lu(NO3)3,Yb(NO3)3和Tm(NO3)3的物质的量比为179：20：1，Ln和NH4F的物质的量比为0.07
‑
0.2，LuF3:Yb
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,Tm
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和BiOCl的质量比为0.1
‑
0.4。
[0016]在一个实施例中，所述两步水热法中，以NH
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H2O将溶液PH调节至8
‑
8.5。
[0017]在一个实施例中，所述有机溶剂为乙二醇。
[0018]本专利技术核壳结构上转换光催化材料可用于污染物降解。具体地，将所述核壳结构上转化光催化材料投入亚甲基蓝污染物中，在NIR和Vis
‑
NIR光照射下实现对MB的降解，所述NIR是300W氙灯加<800nm滤光片，所述Vis
‑
NIR是300W氙灯加<400nm滤光片。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020](1)本专利技术的上转换发光核LuF3:Yb
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,Tm
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在NIR激发下具有254nm(其他文献鲜有发现)、288nm的深紫外发射，346nm、362nm的紫外发射以及452nm、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构上转换光催化材料，以LuF3:Yb
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,Tm
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为核，BiOCl为壳，结构式为LuF3:Yb
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,Tm
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@BiOCl。2.根据权利要求1所述核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用，其特征在于，所述核，为直径300
‑
500nm的花苞状上转换纳米粒子，在980nm激光器激发下，具有254nm的深紫外上转换发射；所述壳，为均匀包覆在LuF3:Yb
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,Tm
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表面的纳米薄片球状结构。3.权利要求1所述核壳结构上转换光催化材料的制备方法，其特征在于，先采用两步水热法合成LuF3:Yb
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,Tm
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；随后通过溶剂热法在其外包覆上BiOCl壳层。4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述两步水热法的过程如下：将Lu(NO3)3,Yb(NO3)3和Tm(NO3)3分散在去离子水中，并调节至碱性，之后在聚四氟乙烯衬里高压釜中180
‑
200℃加热20
‑
24h，自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇离心洗涤获得前驱体Ln4O(OH)9NO3，Ln＝Lu,Yb,Tm；向该前驱体中加入去离子水进行超声分散并加入NH4F溶液，之后在聚四氟乙烯衬里高压釜中180
‑
200℃加热2
‑
3h，自然冷却至室温，用去离子水和无水乙醇清洗所得样品数次，干燥后在450
‑
600℃煅烧2
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3h，得到LuF3:Yb
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,Tm
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；所述溶剂热法的过程如下：将1.5
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2mmol Bi(NO3)3.5H2O溶于15
‑
20mL有机溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛娟琴，生梦娇，毕强，吴光东，刘玉杰，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：