《紅外光催化材料的設計與製備研究》是依託吉林大學，由秦偉平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：紅外光催化材料的設計與製備研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：秦偉平
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氧化鈦（TiO2）具有強的光催化能力，是用於解決環境污染問題的重要材料。但是TiO2的寬禁帶特徵決定了只有占太陽光5%的紫外光才能使其產生降解功能。拓展TiO2基光催化材料的光頻回響範圍至近紅外區，將極大地提高其光催化效率。本項目擬利用稀土摻雜材料的紫外上轉換髮射特性，通過與TiO2材料的複合製備，實現光頻回響範圍至近紅外區的光催化目的。項目擬通過上轉換材料強紫外發射特性設計、半導體材料頻譜回響調製和複合光催化材料的製備等研究過程，從高階上轉換過程發生的物理機制、複合材料結構設計和複合材料製備工藝等三個方面展開系統的研究，並預期實現如下研究目標：1、研製出低激發功率閾值的紫外上轉換髮光材料並闡明其工作機理；2、獲得可見-近紅外波段頻譜回響的光催化材料；3、獲得高效率光催化複合材料；4、得到此類材料在光催化套用中的關鍵參數；5、為發展相關關鍵技術提供具有自主智慧財產權的功能性材料與設計依據。
結題摘要
光催化是通過催化劑利用光能進行物質轉化的一種方式。由於光催化在治理環境污染方面具有極大的套用前景，受到了很多研究者的關注。TiO2以其催化活性高、穩定性好、無毒和成本低等有點，被廣泛套用於光催化降解有機和無機污染物的研究。但是由於TiO2的禁頻寬度達到了3.2 eV，只有波長小於387 nm的紫外光才能將其激發產生光催化作用。紫外光在整個太陽光譜中所占的比例只有~5%，而可見光和近紅外光的比例則分別為~48%和~44%。對太陽能的利用率低限制了TiO2光催化的實際套用。人們在合成具有可見光回響特性的TiO2催化劑方面做了大量研究，但是，與可見光能量相當的近紅外光仍然沒有被用於光催化。 上轉換材料可以吸收低能量光子並發射高能量光子，Yb/Tm共摻雜的氟化物在980 nm近紅外光的激發下可以發出紫外光，而紫外光可以激發TiO2。我們提出可以用這種紅外—紫外上轉換材料敏化TiO2，得到一種可以用紅外光激發的新型光催化材料。如果將這兩種材料結合，那么將得到的複合材料製成以TiO2包覆上轉換材料的核/殼結構是一種理想的選擇。因為這種結構既不會減少TiO2與被降解物質的接觸，又能最大限度的保護氟化物上轉換材料，避免外界環境對上轉換材料的破壞而造成對其發光性能的不利影響。研究組完成了設備購置、材料製備、表征，以及材料光學性質和和紅外光催化特性研究等方面的工作。在稀土摻雜的NaREF4、YF3微納晶體的製備、高階上轉換過程和紅外光催化特性研究中取得了一系列具有國際先進水平的創新性研究結果。例如，我們在國際上首次實現了紅外光催化，並且提出了稀土離子向半導體能量傳遞是導致紅外光催化的重要物理過程；利用ZnO包覆實現了紅外光催化等。利用這些研究結果，我們完成了預期的紅外光催化實驗，實現了項目的預期目標。課題組共發表學術論文和學術報告90篇，其中SCI論文66篇，影響因子IF大於3.0的論文13篇，申報國家發明專利6項， 2011年獲得國家自然科學二等獎一項。
