[发明专利]一种核壳结构上转换光催化材料及其制备与应用

说明书

本发明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:Yb³⁺,Tm³⁺上转换纳米粒子。在980nm激光器激发下，该材料具有254nm的深紫外上转换发射。随后，通过溶剂热法在LuF₃:Yb³⁺,Tm³⁺核外包覆上BiOCl壳层，形成了LuF₃:Yb³⁺,Tm³⁺@BiOCl上转换光催化材料。LuF₃:Yb³⁺,Tm³⁺强烈的蓝紫光发射及BiOCl壳有效的光谱重叠和良好的核壳结构使得LuF₃:Yb³⁺,Tm³⁺@BiOCl可有效利用近红外光，具有优良的紫外‑可见‑近红外全光谱响应性能。

技术领域

本发明属于光催化材料污染物降解技术领域，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。

背景技术

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。

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：Yb³⁺，Er³⁺、CaF₂:Yb³⁺，Er³⁺和YF₃:Yb³⁺，Er³⁺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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明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:Yb³⁺,Tm³⁺@BiOCl具有良好的近红外光响应性能，在NIR和Vis-NIR光照射下，10％LuF₃：Yb³⁺，Tm³⁺@BiOCl的MB降解效率相比BiOCl分别提高了1.42和1.64倍。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：