基于上转换发光材料光催化的研究进展

综述了上转换发光材料在光催化领域的研究现状。首先概述了上转换光催化剂的合成方法,并进一步通过阐明不同制备方法对上转换材料光催化性能的影响,分析了上转换光催化剂面临的问题;然后表明了上转换发光材料在光催化和环境净化领域中的应用前景;最后,对上转换发光材料在光催化领域的未来发展趋势做出了展望。     

上转换发光材料基质的选择

上转换发光材料对基质材料的选取也有很高的要求,相同激活剂离子在不同基质材料中的发光强度差别非常大,而我们一般会选择合适的基质材料来确保满足实际应用的上转换发光材料。分别列举了4种基质材料:氟化物基质、氧化物基质、卤化物基质和硫化物基质材料进行一一对比说明。     

828 nm近红外光激发下Ho3+掺杂NaYF4的上转换发光性质

采用水热法合成了NaYF4:Ho3+上转换发光材料,用XRD、红外光谱、能谱及荧光光谱等对其进行表征,探讨了掺杂浓度、退火温度对上转换发光特性及晶型的影响. 结果表明,在828 nm近红外光激发下,在Ho含量0.7%(mol)、退火温度900℃时,样品的上转换发光效果最好,退火前样品发射蓝、黄光,700℃退火后,除发射蓝、黄光外,出现绿光的尖锐强峰,且温度越高其发光强度越高;退火温度为400℃时样品为a相和b相的混合相,随温度升高晶型转变为纯b相;Ho3+的上转换发光机制为能级跃迁,绿光、黄光、蓝光分别对应5F4,5S2?5I8, 5I5?5G6和3K8,5F3?5I8跃迁.     

上转换发光材料研究及应用

稀土掺杂的上转换材料由于独特的光学性能在激光、显示、生物医学、军事等领域都有极大的应用价值,但上转换材料较低的发光效率限制了它应用的发展。文章总结了上转换材料发光机理组成特点制备方法主要应用领域,评述了各方面优缺点。     

稀土金属掺杂上转换材料发光机理与效率

稀土金属掺杂上转换发光材料的发光效率低,限制了其在环境科学、新能源工程、生物医疗等领域的应用。在上转换发光机理概述的基础上探讨了提高上转换发光效率的方法。     

稀土上转换发光材料的研究与应用

稀土上转换发光材料是近年来发光材料领域研究的热点,结合稀土上转换发光材料的基质类型及特点,介绍了上转换过程的主要形式。通过对稀土离子上转换发光机理的分析,列举稀土上转换发光材料的主要应用领域,并针对如何提高上转换发光效率提出具体建议,为稀土上转换发光材料的研究提供理论参考。     

稀土离子上转换发光材料的研究进展

本文介绍了稀土离子上转换发光的机理,综述了稀土离子上转换发光材料的基质、激活剂、敏化剂及稀土上转换材料的应用。     

NaYF4:Yb/Tm上转换荧光材料的制备及发光性质研究

文章采用水热法制备了PEI修饰的上转换荧光纳米晶NaYF4:Yb/Tm。XRD和TEM测试表明,产物具有良好的结晶性,其形貌为球状,平均粒径为20 nm。在980 nm光源激发下,随着Tm或Yb掺杂浓度的增大,纳米晶的上转换发光强度逐渐减弱。从能级跃迁的角度分析发现,纳米晶在不同Yb/Tm掺杂量的上转换发光性质变化主要受浓度猝灭和Tm的1D2和1G4能级布居两方面影响。     

稀土上转换发光材料在太阳能电池中的应用

传统的太阳能电池只能吸收能量大于半导体能隙的光子,能量小于半导体能隙的光子因为无法被吸收而被浪费掉,这一部分的能量损失高达50%。将上转换发光材料应用于太阳能电池中,将增加电池对能量小于半导体能隙的光子的吸收,极大提高太阳能电池的光电转换效率。稀土掺杂的上转换发光材料以其能够吸收红外光转换为可见光的独特性质,受到了国内外研究学者的广泛关注。这篇文章介绍了上转换发光材料的发光机制,以及近些年来稀土上转换发光材料在太阳能电池领域中的应用,包括硅基太阳能电池,染料敏化太阳能电池及钙钛矿太阳能电池。对稀土上转换发光材料在太阳能电池中应用所面临的困难以及潜在的解决方案做了总结与展望,有利于后续研究对稀土上转换发光材料在太阳能电池上的应用方向的探索,为提高太阳能电池的光电转化效率提供新思路,推进太阳能电池的大规模市场化应用。     

稀土上转换发光纳米材料的研究进展

综述了水热合成、三氟乙酸稀土盐热分解和液相共沉淀法制备疏水稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)的最新进展;随后介绍了5种将疏水UCNPs转化成生物兼容的UCNPs的表面修饰方法;最后介绍了笔者课题组在UCNPs生物应用方面的研究进展,主要包括DNA纳米传感器、生物成像和生物系统发电.     

Optical temperature sensor based on upconversion luminescence of Er3+ doped GdTaO4 phosphors

For the development of optical temperature sensor, a series of GdTaO₄ phosphors with various Er³⁺-doping concentrations (0, 1, 5, 10, 25, 35, 50 mol%) were synthesized by a solid-state reaction method. The monoclinic crystalline structure of the prepared samples was determined by X-ray diffraction (XRD). Under excitations of 980 and 1550 nm lasers, the multi-photon-excited green and red upconversion (UC) luminescence emissions of Er³⁺ were studied, and the critical quenching concentration of Er³⁺-doped GdTaO₄ phosphor was derived to be 25 mol%. By changing the pump power of laser, it was found that the two-photon and three-photon population processes happened for the UC emissions of Er³⁺-doped GdTaO₄ phosphors excited by 980 and 1550 nm lasers, respectively. Furthermore, based on the change of thermo-responsive green UC luminescence intensity corresponding to the ²H_11/2 → ⁴I_15/2 and ⁴S_3/2 → ⁴I_15/2 transitions of Er³⁺ with temperature, the optical temperature sensing properties of Er³⁺-doped GdTaO₄ phosphor were investigated under excitations of 980 and 1550 nm lasers by using the fluorescence intensity ratio (FIR) technique. It was obtained that the maximum absolute sensitivity (S_A) and relative sensitivity (S_R) of Er³⁺-doped GdTaO₄ phosphors are as high as 0.0041 K⁻¹ at 475 K and 0.0112 K⁻¹ at 293 K, respectively. These significant results suggest that the Er³⁺-doped GdTaO₄ phosphors are a promising candidate for optical temperature sensor.     

太阳光催化氧化废水处理技术研究现状及前景

太阳光催化氧化废水处理技术在工业上的应用,随着新型的光反应器的设计和数学模型的不断建立而得到迅速发展。介绍了当前国内外太阳光催化氧化技术的研究热点,并讨论了各种太阳光反应器的构造及特点．比较了不同反应器的优缺点。同时,还根据当前研究的结果,提出了今后研究的方向和重点。     

Enhancing upconversion luminescence and thermal sensing properties of Er/Yb co-doped oxysulfide core-shell nanocrystals

The development of noncontact thermal probe based on stable inorganic materials of trivalent lanthanide (Ln³⁺) doped phosphors with nontoxicity is of vital importance for their promising applications in bio-medical fields. Here we explore the upconversion luminescence and thermal sensing properties of Er³⁺, Yb³⁺ co-doped oxysulfide in a broad temperature range of 300-583 K. It was found that constructing an active shell with an optimum concentration of sensitizers is an efficient way to improve both the luminescent intensities and thermal sensitivity. Compared with the core-only sample, the luminescent intensity of the Y₂O₂S: Er³⁺, Yb³⁺@ Y₂O₂S: 5%Yb³⁺ sample is significantly enhanced by 12-fold at excitation of 980 nm. While further increasing the Yb³⁺ concentration in the shell activates new quenching pathways of Er³⁺ → Yb³⁺ → quencher from the core to the shell. Similar quenching mechanisms are also observed at excitation of 1550 nm. These energy transfer processes and luminescence mechanisms are verified in the fluorescence decay measurements. Furthermore, coating the core sample with an active shell doped by 10% Yb³⁺ enhances the thermal sensitivity by 30%, holding a high and stable sensitivity more than 50 × 10⁻⁴ K⁻¹ in a broad temperature range of 423-573 K at 980 nm excitation. In addition, at the much safer excitation wavelength of 1550 nm, this sample achieved the maximum sensitivity of 45 × 10⁻⁴ K⁻¹ at 503 K. Our work contributes a feasible and versatile way to promote the luminescence and thermal sensing properties of Ln³⁺-based materials, combining with the nontoxic oxysulfide host, indicating their potential applications as safe fluorescent and temperature nano-probes in bio-field.     

醇类在Pt-TiO2纳米管上的光催化制氢

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)、水热法和光沉积法制备了铂(Pt)负载量为0.5%的二氧化钛纳米管催化剂(TNT),并利用甲醇等醇类制氢。结果表明,所制备的催化剂具有良好的管状形貌;甲醇(CH₃OH)和水在同等数量级上共同吸附在催化剂表面9 h后制氢效率最高,核磁共振氢谱(¹H NMR)分析表明甲醇裂解制氢过程在催化剂表面进行,因氢键束缚产生的过渡产物无法脱附直至形成CO₂;醇类碳链长度、支链数目、羟基数目以及苯环基团等都对醇类制氢有着不同的影响,制氢过程中醇分子与催化剂的吸附作用强弱和醇分子被羟基植入的难易程度是制氢效果差异的主要原因。     

具有可见光活性的光催化剂研究进展

简述了可见光光催化机理,该机理与紫外光光催化机理的不同之处在于其电荷传输与分离机制。综述了近年来具有可见光活性的光催化材料的研究进展。贵金属、过渡金属及其化合物的掺杂、染料光敏化、氮掺杂和在适当载体上的负载可使复合物的复合禁带宽度小于TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收带发生红移,实现可见光响应,其中,氮掺杂ZnO或氮掺杂TiO2及其复合半导体具有较好的可见光光催化活性,另外一些氮氧化物、氮化物及许多钙钛矿型半导体可以作为可见光分解水的有效催化剂。     

PDMS基上转换材料的制备与光催化应用

将光敏剂四苯基卟啉钯（PdTPP）和湮灭剂9,10-二苯基蒽（DPA）溶解于甲苯，在Tween 20的乳化作用下与去离子水配制成O/W上转换微乳液；进一步与二甲基硅氧烷共混，将O/W上转换微乳液体系负载于固化后的聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，制得基于三线态-三线态湮灭（TTA）机制的PDMS固态上转换树脂材料。在半导体激光器（532 nm，70 mW/cm2）激发下，固态上转换材料可发射强的绿转蓝上转换荧光，固态上转换效率最大可达22%。将该材料应用于光电流响应和光催化降解过程中：三电极体系在PDMS固态上转换树脂上转换荧光的照射下，获得了0.9 μA的光电流，证明了光电流的产生源于上转换蓝光对ZnCdS薄膜的照射；Pt/WO3粉末存在和固态上转换蓝光照射的条件下，罗丹明B染料降解作用显著，最大光降解效率达到82.3%。     

Multicolor upconversion emission and highly optical temperature sensing based on lanthanide-doped double perovskite Sr2LaNbO6 phosphors

Here we adopt trivalent lanthanide (Ln³⁺ = Er³⁺, Er³⁺/Ho³⁺, and Yb³⁺/Tm³⁺) doped Sr₂LaNbO₆ (SLNO) as novel upconversion luminescence (UCL) materials for achieving UCL and optical temperature sensing under 980 nm excitation. Specifically, Er³⁺ single doped Sr₂LaNbO₆ phosphors present bright high-purity green emission under the 980 nm excitation. While co-doping with the Ho³⁺ ions, the component of red emission from Er³⁺ ions increases significantly and sample show a remarkable enhancement of luminescent intensity relative to SLNO:Er³⁺ sample. The above-mentioned phosphors and Yb³⁺/Tm³⁺ co-doped phosphor (blue emission) successfully achieve high-purity trichromatic UCL and mixed white light output in the same host. Furthermore, the temperature sensing performance of the SLNO:Er³⁺/Ho³⁺ phosphor based on the fluorescence intensity ratio (FIR) is systematically studied for the first time. The temperature sensing based on the non-thermal coupling levels (NTCLs) exhibit higher sensitivity than that based on the thermal coupling levels (TCLs). The maximum absolute and relative sensitivity for ⁴F_9/2/⁴I_9/2 NTCLs reach 0.16803 K^?1 at 427 K and 0.01591 K^?1 at 641 K, respectively. Interestingly, NIR emission of ⁴I_9/2 → ⁴I_15/2 transition presents a thermal enhancement, while visible emissions show thermal quenching. These results indicate that the Ln³⁺ doped Sr₂LaNbO₆ UCL phosphors have potential applications in the fields of non-contact temperature sensors, full-color displays, and anti-counterfeiting.     

稀土掺杂二氧化态光催化的研究进展

论述了半导体光催化反应机理，单一半导体光催化剂的光催化活性普遍不高，通过掺杂可以提高光催化活性，甚至在提高活性的同时扩展光谱响应范围，提高光的利用率。纳米TiO2是一种宽禁带半导体光催化剂，可用于有机污染物及无机污染物等方面的降解。     

TiO2光催化去除废水中重金属离子的研究进展

半导体非均相光催化技术在环境治理与净化方面越来越受到人们的重视。概述了半导体TiO2光催化去除废水中重金属离子的机理,从光催化还原角度综合分析了废水中4种主要重金属离子Cr(Ⅵ)、Hg(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)的光催化去除特性及其影响因素,进一步加深了对TiO2光催化本质规律的认识,最后讨论了TiO2光催化技术存在的问题和今后的发展趋势。     

太阳能光催化反应器的研究进展

为促进太阳能光催化反应器的研究和开发,从反应器中催化剂的存在形态、反应器的聚光形式以及应用3个方面对太阳能光催化反应器的研究现状进行了系统的综述,对催化剂悬浮型和固定膜型反应器以及聚光型和非聚光型反应器进行了比较,并分析了反应器在实际废水处理或者大批量处理中应用的可行性。