钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用，包括以下步骤：将Bi2O3和NH4F置于玛瑙研钵中，加入酒精充分研磨至干燥后装入刚玉坩埚并置于马弗炉中，高温烧结制得前驱体BiOF；前驱体置于玛瑙研钵，同时加入TiO2、Er2O3、Yb2O3和钴源，加入酒精充分研磨至干燥后装入刚玉坩埚并置于马弗炉或还原气氛炉中，高温烧结即得。本发明专利技术可将低能近红外光转换为高能紫外光或可见光发射，从而拓展光谱响应范围，提高太阳光的利用率；具有较高的光谱吸收强度以及较高的载流子分离效率，表现出高效的光催化活性；应用于降解有机染料、内分泌物、抗生素和重金属污染物中作为光催化剂。为光催化剂。为光催化剂。

【技术实现步骤摘要】
钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于上转换光催化剂
，具体涉及一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当前，能源危机和环境污染已经成为人类社会面临的两大难题，寻找和开发绿色环保、可持续发展的新能源成为世界各国共同关注的焦点。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生资源被认为是最有发展潜力的未来能源，如何有效利用太阳能成为众多科学家共同追求的目标。半导体光催化技术可以利用太阳能驱动一系列的化学反应实现CO2还原、N2固定、水解制氢及污染物降解等，被认为是一种极具潜力的新型技术。
[0003]铋基半导体光催化剂因其可调节的太阳能吸收范围和独特的层状结构而引起研究着的广泛关注。其中，Bi3Ti2O8F是一种新型铋基层状光催化剂，带隙为3.32eV，导带位置约为
–
1.21eV，表明其具有较强的还原能力。此外，Bi3Ti2O8F由带正电[Bi2O2]2+
层和带负电的钙钛矿[BiTi2O6F]2‑
层组成，能够形成自建电场，加速光生电子空穴对的迁移。因此，Bi3Ti2O8F在光降解中表现出优异的光催化性能。然而，单体Bi3Ti2O8F存在光谱利用率低、光生载流子复合率高等问题，严重制约了其实际应用。
[0004]稀土掺杂上转换材料因其将近红外光转换为可见光或紫外光的独特能力，被认为是扩宽光催化剂光谱响应范围的重要途经之一。Yb
3+
，Er
3+
共掺杂光催化剂，在Yb
3+
的敏化作用下，Er
3+
吸收低能近红外光转换为可见光或高能紫外光用于光催化过程可以实现光催化效率的提升。
[0005]除此之外，过渡金属Co的可变价态以及3d轨道对半导体的光电化学性质有很大的影响，可以增强半导体对光的吸收。不仅如此，Co掺杂还可以在半导体中引入晶格缺陷，或改变半导体的结晶度，从而抑制电子空穴分离，延长载流子寿命，进而实现光催化效率的提升。
[0006]因此，本文提出一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术设计了一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂及其制备方法与应用，可将低能近红外光转换为高能紫外光或可见光发射，从而拓展光谱响应范围，提高太阳光的利用率；过度金属Co的可变价态以及3d轨道对半导体光催化剂光电化学性质的影响，使其具有较高的光谱吸收强度以及较高的载流子分离效率，表现出高效的光催化活性。
[0008]为了达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂，其特征在于，其化学式为x％Co
2+
/y％Co
3+
‑
Bi3‑
0.03(x+y+m+n)
Ti2O8F:m％Yb
3+
,n％Er
3+
，x∈[1,10],y∈[1,10],m∈[2,20],n∈[1,4]。
[0009]本专利技术的另一目的在于提供一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂的制备方法，
其特征在于，包括以下步骤：
[0010]Step1：将Bi2O3和NH4F置于玛瑙研钵中，加入酒精充分研磨至干燥；将所得粉末装入刚玉坩埚并置于马弗炉中，高温烧结制得前驱体BiOF；
[0011]Step2：前驱体BiOF置于玛瑙研钵，同时加入TiO2、Er2O3、Yb2O3和钴源，加入酒精充分研磨至干燥；将所得粉末装入刚玉坩埚并置于马弗炉或还原气氛炉中，高温烧结即得。
[0012]进一步的，所述Step1中Bi2O3和NH4F摩尔比为0.5～1:1。
[0013]进一步的，所述Step1中，高温烧结温度为200～500℃，烧结时间为4～24h。
[0014]进一步的，所述Step2中的BiOF和TiO2摩尔比为0.5～1:1；Er2O3和BiOF摩尔比为0.5～2:100；Yb2O3和BiOF摩尔比为1～10:100。
[0015]进一步的，所述Step2中钴源为CoO、Co2O3、Co3O4中的一种或多种；钴源和BiOF摩尔比为1～10:100。
[0016]进一步的，所述Step2中的烧结温度为400～800℃，烧结时间为4～24h。
[0017]进一步的，所述Step2中的还原气氛包括氢气、一氧化碳和碳粉中的一种。
[0018]进一步的，所述Step1中酒精的用量为2～10ml每0.5molBi2O3；所述Step2中酒精的用量为2～10ml每0.5molBiOF；酒精的浓度为70～75％。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂的应用，其特征在于，所述的催化剂在降解有机染料、内分泌物、抗生素和重金属污染物中作为光催化剂。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术制备的上转换光催化剂由于稀土离子的上转换发光功能，可将低能近红外光转换为高能紫外光或可见光发射，从而拓展光谱响应范围，提高太阳光的利用率；过度金属Co的可变价态以及3d轨道对半导体光催化剂光电化学性质的影响，使其具有较高的光谱吸收强度以及较高的载流子分离效率，表现出高效的光催化活性；本专利技术材料的制备方法简单，成本低廉，适合大范围生产，具有工业和市场应用前景。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为制备的Co离子掺杂改性Bi3Ti2O8F:Yb
3+
,Er
3+
上转换光催化剂的XRD图谱；
[0024]图2为制备的Co离子掺杂改性Bi3Ti2O8F:Yb
3+
,Er
3+
上转换光催化剂的紫外
‑
可见吸收光谱；
[0025]图3为制备的Co离子掺杂改性Bi3Ti2O8F:Yb
3+
,Er
3+
上转换光催化剂的全光谱催化降解图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1：
[0028]一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂化学式为1％Co
2+
‑
Bi
2.64
Ti2O8F:10％Yb
3+
,1％Er
3+
，该材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂，其特征在于，其化学式为x％Co
2+
/y％Co
3+
‑
Bi3‑
0.03(x+y+m+n)
Ti2O8F:m％Yb
3+
,n％Er
3+
，x∈[1,10],y∈[1,10],m∈[2,20],n∈[1,4]。2.根据权利要求1所述的一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：将Bi2O3和NH4F置于玛瑙研钵中，加入酒精充分研磨至干燥；将所得粉末装入刚玉坩埚并置于马弗炉中，高温烧结制得前驱体BiOF；Step2：前驱体BiOF置于玛瑙研钵，同时加入TiO2、Er2O3、Yb2O3和钴源，加入酒精充分研磨至干燥；将所得粉末装入刚玉坩埚并置于马弗炉或还原气氛炉中，高温烧结即得。3.根据权利要求2所述的一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂的制备方法，其特征在于：所述Step1中Bi2O3和NH4F摩尔比为0.5～1:1。4.根据权利要求2所述的一种钴离子掺杂改性的上转换光催化剂的制备方法，其特征在于：所述Step1中，高温烧结温度为200～500℃，烧结时间为4～24h。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，曹浩渺，李永进，宋志国，马俊浩，董晓艺，尹兆益，邱建备，杨正文，韩缙，王齐，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：