球磨处理的TiO2光谱特征及其光催化性能研究

为改变TiO₂的颗粒尺寸和提高其光催化性能,采用高能球磨法处理TiO₂粉末,研究球磨时间对样品微观形貌、晶体结构、拉曼光谱、荧光光谱和光催化性能的影响;分析荧光光谱和光催化性能之间的关系,确定光催化机理为快速判断其光催化性能提供依据。结果表明：随着球磨时间的增加样品颗粒由规则形状变成无规则形状且表面变得粗糙。所有样品均主要为锐钛矿结构,有少量的金红石结构,随着球磨时间的增加金红石结构的（110）衍射峰逐渐增强说明在球磨过程中少量的TiO₂发生了相转变,晶粒尺寸先减小后增加。所有样品均出现锐钛矿型TiO₂拉曼散射峰,而未发现金红石晶型的拉曼散射峰。各个拉曼峰的半高宽随着球磨时间的增加都有所增加,这表明样品的表面质量下降,表面缺陷和氧空位逐渐增加导致。所有样品在470 nm附近均出现荧光峰,且球磨后的样品该荧光峰得到增强,经过球磨后的TiO₂样品在397,452,483,500和536 nm等处出现荧光峰,且球磨4 h后的TiO₂荧光峰强度最强,表明其表面缺陷和氧空位含量最多,与拉曼光谱分析结果是一致的。随着辐照时间的增加到100 min所有样品的降解率均有所提升且100 min后所有样品对甲基橙的降解率超过60%。经过球磨后的TiO₂样品的降解率都比未球磨的样品高,且球磨4 h的样品的降解率最高,表明其光催化性能最好。在光催化反应过程中,氧空位和缺陷成为俘获光生电子的中心,以致于光生电子与空穴的复合被有效地禁止。氧空位促使样品对氧气的吸收,氧气与氧空位俘获的光生电子发生相互作用而形成氧自由基,对有机物的氧化起到关键作用,因此表面缺陷和氧空位越多,即激子光致发光峰越强,其光催化性能越好。采用球磨法可提高TiO₂粉末的光催化性能,并通过激子光致发光峰的强弱可快速定性地判断光催化性能的表现。     

溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2结构相变及晶体生长动力学

讨论了采用溶胶-凝胶法经由先驱物钛酸四异丙脂水解而制备的纳米TiO₂粉末的 结构相变 ，并讨论了该纳米粉末的生长动力学机理.结果表明，水解pH值为0.9，当高压釜热处理温度 ＜503K时，粉末晶粒度增长较为缓慢，而当热处理温度＞503K时，粉末粒度明显长大.应用 相变理论计算出了纳米TiO₂颗粒的两阶段的生长激活能，分别是18.5kJ/mol和5 9.7kJ/mol .XRD物相分析表明，高压釜热处理温度达到503K时，样品就开始发生锐钛矿到金红石相的结 构相变，到543K就基本实现了这一结构相变，使得这一相变温度比其他文献中报道的又降低 了许多. 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 溶胶_凝胶法 结构相变 晶粒生长动力学     

稀土钇、镧掺杂TiO2薄膜的拉曼谱分析

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上用旋涂法制备了未掺杂、掺杂钇和掺杂镧的TiO₂薄膜样品,对样品在700—1100 ℃范围内进行退火处理,并对样品的拉曼光谱进行了分析.分析表明:随着退火温度的升高,未掺杂TiO₂薄膜发生了从锐钛矿相经混相最终向金红石相的转换,掺杂钇和掺杂镧对TiO₂薄膜的晶相转换起阻碍作用,掺杂镧的阻碍作用更强;稀土掺杂能使TiO₂薄膜晶粒细化,并使晶粒内部应力增大从而阻碍晶格振动,掺杂镧比掺杂钇的效果 关键词： 2薄膜')" href="#">TiO₂薄膜 稀土掺杂 拉曼光谱 溶胶-凝胶     

Cr4+掺杂Li1.14Zn1.43SiO4透明微晶玻璃近红外宽带光谱特性

采用高温熔融法和热处理制备了Cr⁴⁺掺杂Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶玻璃, 探讨了不同热处理温度下样品的物相、微观形貌及发光性能. 结果表明: 580℃热处理2h得到的微晶玻璃, Li_1.14Zn_1.43SiO₄微晶的粒径约为5nm, 在808nm的二极管激发下, 可观察到中心波长位于1226nm, 半高宽为230nm的近红外宽带发射峰, 荧光寿命约为200.73±1.71μs. 随着热处理温度的升高, Cr⁴⁺离子所处的晶体场环境发生了变化, 且可以观察到样品吸收光谱发生微弱的蓝移, 而荧光光谱发生少量的红移, 分析了晶体场环境变化对样品发光性能的影响. 关键词： 铬离子 微晶玻璃 超宽带发光 晶体场     

Na2WO4∶Sb3+荧光粉的制备和发光性质

通过溶胶-凝胶法制备了纯相的Na₂WO₄∶Sb³⁺荧光粉,通过X射线衍射表征了其晶体结构, 使用紫外-可见分光光度计研究了样品的发光性质。结果表明,用250~320 nm范围的紫外光激发时, Na₂WO₄∶Sb³⁺荧光粉可在410~550 nm范围内给出较强的光发射。其最佳激发波长为280 nm, 最强发射峰在470 nm处。Na₂WO₄∶Sb³⁺荧光粉的最佳制备温度为800 ℃, Sb³⁺的最佳掺杂摩尔分数为0.01。对Na₂WO₄∶Sb³⁺荧光粉的发光机理也进行了初步探究。     

Y掺杂Si纳米线的光致发光特性

以n型单晶Si(111)为衬底,利用Au作为催化剂,在温度、N₂流量和生长时间分别为1 100 ℃,1.5 L·min-1和60 min的条件下,基于固-液-固生长机制,生长了直径为60～80 nm、长度为数十微米的高密度Si纳米线。随后,以Y₂O₃粉末为掺杂源,采用高温扩散方法对Si纳米线进行了钇(Y)掺杂。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光分光光度计对不同掺杂温度(900～1 200 ℃)、掺杂时间(15～60 min)和N₂流量(0～400 sccm)等工艺条件下制备的Y掺杂Si纳米线的形貌、成分、结晶取向以及激发光谱和发射光谱特性进行了详细的测量和表征。结果表明,在掺杂温度为1 100 ℃,N₂流量为200 sccm、掺杂时间为30 min和激发波长为214 nm时,Y掺杂Si纳米线样品表现出较好的发光特性。样品分别在470～500和560～600 nm范围内出现了两条发光谱带。560～600 nm的发光带由两个发光峰组成,峰位分别为573.6和583.8 nm,通过结构分析可以推测,这两个发光峰是由Y3+在Si纳米线的带隙中引入的杂质能级引起的。而470～500 nm较宽的发光带同样来源于Y离子在Si纳米线带隙中引入的与非晶SiO_x壳层中氧空位能级十分接近的杂质能级。     

小尺寸NaLuF4:Yb3+/Tm3+纳米晶的生长及上转换发光

为了详细地探究NaLuF₄纳米晶的生长过程,利用自主研发的可以精确控制实验参数的自动纳米合成仪制备了不同系列的NaLuF₄：Yb³⁺/Tm³⁺纳米材料。对不同反应温度下（285,295,305℃）制备的样品进行物相分析,发现随着反应时间的增加,NaLuF₄纳米晶均遵循相似的生长规律,即α-相→α-相+β-相→均匀的β-相→聚集的β-相。在不同温度下,均有一个时间段可以获得小尺寸（小于50 nm）、单分散、粒径分布窄的纯β-NaLuF₄纳米晶。另外,测试了不同温度下制备的β-NaLuF₄：Yb³⁺/Tm³⁺纳米材料的上转换发射光谱,结果表明随着反应温度的升高,样品的发光先增强后减弱。出现这种光谱规律可能是受晶体尺寸和结晶性两方面因素的影响。此外,样品在紫外区的高阶多光子发光很强。例如,361 nm发射峰强度大约是800 nm发射峰强度的2倍。     

微乳液法制备NaYF4：Yb3+, Er3+粉体及其发光性能

采用微乳液法制备了纯相立方和六方晶相NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺发光材料,微乳液体系选择了CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）-正丁醇-正辛烷-水。研究了NaF/Y³⁺比例、反应温度、反应时间和体系pH值等对相形成的影响,以及陈化、后续热处理温度和时间对颗粒尺寸和发光性能的影响。结果表明：在NaF/Y³⁺比例小于5、体系pH=5~6、反应温度为140 ℃、反应时间为24 h的条件下,可得到立方相α-NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺,粒径约为200 nm;在NaF/Y³⁺比例大于5、体系pH=1~4、反应温度为160 ℃、反应时间为60 h以上的条件下,可得到六方相β-NaYF₄：Yb³⁺,Er³⁺,粒径约为1 μm。样品在980 nm激光激发下,在521,529,541,549 nm 处有发光峰,最强发光峰为541 nm,表现为明亮的绿色。     

Yb3+,Er3+双掺上转换玻璃陶瓷

制备了以PbF₂+GeO₂+WO₃SiO₂+NaF为基质组分的Yb³⁺,Er³⁺双掺稀土离子上转换发光玻璃陶瓷。采用日本产Hitachi F-4500荧光光度计,激发波长为980nm,观测到样品在550nm处出现较强的上转换发光峰,在528nm处有一个次发光峰,在650nm处有一个相对较弱的发光峰,讨论了发射光谱的特征,建立上转换发光机制,并讨论了上转换发光特征,以及基质成分、制备工艺参数、稀土离子浓度对发光性能的影响。实验中发现c(Yb³⁺):c(Er³⁺)为5:1时,上转换玻璃陶瓷的熔融温度为950℃、退火温度为380℃时,其上转换发光效率最高。     

高分子网络凝胶法制备ZnO超细粉体及其光学性能

采用高分子网络凝胶法制备球形ZnO超细粉体。通过聚乙烯醇(PVA)亚浓溶液交联网络的空间位阻作用,经过烧结,获得了具有球形形貌的粒径为1~3μm的ZnO粉体颗粒。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了不同PVA浓度以及退火温度对产物形貌、结构的影响,发现在PVA溶液浓度为5%,并且经500℃热处理所形成的ZnO球形颗粒最为均匀规整。研究了球形ZnO粉体的光致发光性能,室温下经325nm波长激发,观察到两个中心波长分别位于407,468nm的微弱的荧光发射带,在合适温度下,在385nm处还出现了较强的紫外峰。PL光谱表明,退火温度对ZnO的光致发光影响较大,随着退火温度升高,由于表面缺陷和结晶性能发生变化,407nm处发射峰逐渐减弱消失,而紫外发光先增强后减弱,经500℃热处理样品的紫外发光性能达到最佳。     

Eu3+掺杂5Li2O-1Nb2O5-5TiO2发光陶瓷的制备及性能研究

以Li₂CO₃、Nb₂O₅、TiO₂和Eu₂O₃为原料,采用固相法制备Eu³⁺掺杂的5Li₂CO₃-1Nb₂O₅-5TiO₂（LNT）发光介质陶瓷。通过密度、XRD和荧光光谱测试,对0.2%（质量分数）Eu₂O₃掺杂的陶瓷片进行性能表征。结果表明：1 120℃烧结致密的陶瓷片,其晶相结构为“M-相”与Li₂TiO₃两相复合构成;在400 nm的近紫外光激发下,样品有较强的橙光（592 nm）和红光（615 nm）发射,分别属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₁的磁偶极跃迁和⁵D₀→⁷F₂的电偶极跃迁。     

Eu3+掺杂2ZnO·2.2B2O3·3H2O红色荧光粉的发光性能

采用水热法合成2ZnO.2.2B2O3·3H2O:Eu3+红色荧光粉.其形貌、结构和光学性能分别用扫描电镜、X射线衍射和荧光光谱进行表征.扫描电镜图片显示样品的尺寸分布在0.1～1 μm范围内.随着Eu3+掺杂浓度的升高,样品向无定形的玻璃态转变.当激发波长为253 nm(属于Eu3+ -O2 -电荷迁移带吸收)时,样...     

高分子网络凝胶法低温合成YAG：Tb3+荧光粉

以金属硝酸盐为原料,丙烯酰胺为聚合单体以及N,N-亚甲基双丙烯桥酰胺为胶联剂,采用高分子网络凝胶法在低温下合成精细粒度Y₃Al₅O₁₂:Tb³⁺(YAG:Tb³⁺)荧光粉。分别用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),以及激发和发射光谱测量对样品进行了表征,考察了烧结温度对样品结晶程度、颗粒大小的影响,以及样品发光性能与烧结温度和Tb³⁺浓度的关系。结果表明:YAG晶相形成温度为850℃;粉体颗粒大小均匀,随着烧结温度的升高,颗粒粒径增大,结晶程度提高;观察到Tb³⁺中4f-5d的吸收带以及⁵D₄-⁷F_j(j=6,5,4,3)的特征发射带,最强吸收与最强发射分别发生在272,541.8 nm,与量子理论(E=1.24/λ)的计算结果相吻合,其发光强度随烧结温度的升高而增强;观察到了Tb³⁺在Y₃Al₅O₁₂中的浓度猝灭现象。     

TiO2及其掺Fe材料的制备和EPR谱的研究

以钛酸四丁酯、无水乙醇、冰醋酸为原料,在室温下用溶胶-凝胶法制备得到二氧化钛及其掺Fe样品的湿凝胶,室温放置2天后,100 ℃干燥得到干凝胶,在500 ℃下焙烧得到二氧化钛及其掺Fe的粉末状样品. 利用X射线衍射、电子顺磁共振等测试手段对样品进行分析,结果显示所得样品均为锐钛矿,Fe被引入了二氧化钛晶格中,Ti³⁺氧化中心信号强度随Fe掺杂量的增加而增强,峰值向磁场减小方向小幅偏移. 在不同测试温度下, 含Fe量为0.1%的Fe-TiO₂样品中Ti³⁺氧化中心信号强度随温度升高而增强,峰值也向磁场减小方向小幅偏移. 根据电子顺磁共振理论以及二氧化钛在空气中与O₂的反应解释了这些现象.     

水热制备Sr（MoO4）x（WO4）1-x固溶体微晶及其发光性能

采用水热法制备了Sr（MoO₄）_x（WO₄）_1-x固溶体微晶。通过X射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）和荧光分析（FA）表征了微晶的结构、表面形貌和发光性能。XRD和FT-IR结果表明制备的Sr（MoO₄）_x（WO₄）_1-x微晶皆呈现典型的四方晶相白钨矿结构。SEM结果表明制备的微晶为表面光滑且粒径均匀的球形颗粒。荧光发射光谱显示,在275 nm紫外光激发下,随着x值的增加,Sr（MoO₄）_x-（WO₄）_1-x固溶体微晶在350 nm处的发射逐渐减弱,470 nm处的发射逐渐增强。     

纳米LaPO4：Eu的凝胶网格法制备及发光特性

用凝胶网格沉淀法,以明胶为分散介质,成功制备了铕掺杂的磷酸镧纳米颗粒,所需装置简单,实验条件适中.通过透射电子显微镜观察到制得的纳米颗粒粒径均匀,分散性良好.用X射线粉末衍射仪对其结构进行了表征,实验表明:LaPO₄属单斜晶系,独居石结构,600℃煅烧2h完全晶化.研究了不同煅烧温度、时间及不同铕含量对LaPO₄:Eu纳米粒子发光性质的影响.光谱数据表明:随着铕含量的增加或煅烧温度的升高,激发峰及各个发射峰的强度都增强,但264nm处的宽带峰强度随铕含量的增加变化较小,且红移了5.3nm;850℃时,煅烧0.5h发光强度最强,随着煅烧时间的延长发光强度反而减弱.     

Eu3+激活的La2Mo2O9红色荧光粉的制备与性能

利用高温固相法制备了Eu³⁺掺杂的La₂Mo₂O₉红色荧光粉,并对这种荧光粉的结构及发光性质进行了研究。XRD结果表明,实验合成了单一立方相的La₂Mo₂O₉荧光粉体。该荧光粉的激发光谱由一宽带和一系列的锐峰组成;发射光谱由一系列锐峰组成,这些都与Eu³⁺的特征跃迁⁵D_J(J=0,1)和⁷F_J(J=1~4)相对应。结果表明该荧光粉可被395nm的紫外光和470nm的可见光有效激发,并发出峰值位于620nm左右的红光,亮度可达到传统红色荧光粉Y₂O₂S:Eu³⁺的1.5倍以上,这表明它可以作为蓝+黄模式白光LED的红色补光粉,也可以作为UV-LED激发三基色荧光粉体系中的红色荧光粉。研究了Eu³⁺的掺杂浓度以及不同助熔剂对样品发光性质的影响。Eu³⁺的摩尔分数为0.3时,发光强度达到最强。质量分数为3%的NH₄Cl作为助熔剂时效果最好。     

丝网印刷制备染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池（DSSC）是太阳能电池研究的热点领域之一,使用丝网印刷技术制备以纳米晶多孔TiO₂薄膜为光阳极的DSSC具有低成本、简单的制备工艺和高的光电转换效率（PCE）的特点,这类太阳能电池受到人们广泛关注。为了提高这类太阳能电池的光电转换效率,通过采用不同网目相同印刷胶体制备了太阳能电池的光阳极优化印刷工艺十分重要,采用不同网目的方法研究印刷工艺对太阳能电池光伏性能的影响是十分有效的。用溶胶-凝胶法制备了TiO₂胶体,通过扫描电镜看出TiO₂薄膜具有多孔结构,其高比表面积有利于薄膜对染料分子的吸附,也有利于提高电池对太阳光的吸收率。经过高温烧结后丝网印刷的TiO₂薄膜展现了明显的锐钛矿结构较窄衍射峰,意味着TiO₂颗粒已经完全晶化且粒径增加。制备目数从100增到300导致网孔直径减少而薄膜变得更加致密,使得TiO₂薄膜的XRD衍射峰逐渐增强,而从300目增到400目时由于网孔过小导致TiO₂胶体通过网孔数量变小使得衍射峰强度下降。用不同网目印刷了单层TiO₂光阳极研究DSSCs光伏性能的变化情况,发现制备目数是200目和300目印刷太阳能电池的性能较好,而400网目印刷太阳能电池的性能最差,这与XRD观察的结果一致。再分别采用网目为100目、200目、300目和400目的印网将胶体印刷成了多层TiO₂薄膜,以此为基础组装DSSC。实验结果表明：通过不同组合网目的丝网印刷制备TiO₂薄膜,组装后的染料敏化太阳能电池的光电转换效率得到了显著提升,其中以300目+200目+100目三层叠印时得到的优化光阳极的最高电池效率达到6.9%。以丝网印刷的方法制备电极不需要进行任何化学处理,在较高网目制备底层的情况下印刷的薄膜均匀牢固,且电池制备的步骤简单、重复性好,能量转换效率较高。