铽(III)掺杂TiO2纳米材料相转移和光催化性质研究

以无水丁二醇为溶剂在中性条件下用溶胶凝胶法制备了系列Tb~(3+)(x=0. 0025～0.07)均匀掺杂的二氧化钛纳米材料。研究结果表明，Tb~(3+)掺杂对纳米二 氧化钛的相转移有很强的抑制作用。这种抑制作用的强弱与Tb~(3+)掺杂的浓度有 密切关系，Tb~(3+)(x = 0.02)的掺杂对TiO_2锐钛矿(anatase)向金红石(rutile) 转化的抑制作用最强。伴随着发生相转移温度的提高，掺杂纳米二氧化钛材料的高 温烧结大大缓解，掺杂纳米TiO_2的热稳定性明显增强；掺杂浓度越高，热稳定性 提高越大。对罗丹明的光降解实验表明，Tb~(3+)掺杂可以有效提高TiO_2光催化活 性。对不同浓度、不同煅烧温度样品光催化降解活性进行系统考察后发现，Tb~ (3+)(x=0.02)掺杂的样品在不同煅烧温度下均显示出最好的光催化效率，说明掺杂 浓度对其光催化性质影响很大。用浸渍法制备的样品其光催化活性较纯的二氧化钛 低，并且其催化活性随浸渍浓度的增加而降低，表明稀土离子的分布是影响稀土掺 杂纳米TiO_2光催化性质的主要因素之一。     

煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响

以钛酸丁酯为原料,通过溶胶-微波法对纳米TiO_2进行掺杂复合改性,提高纳米TiO_2的光催化性能。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段研究了煅烧温度对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/TiO_2复合颗粒的晶型、形貌及光催化性能的影响。结果表明:当煅烧温度为500℃时,纯纳米TiO_2降解率最优为50.2%,纳米Tb/TiO_2复合颗粒降解率最优为75.1%,此时稀土铽掺杂量为0.50%,晶粒尺寸为8.9nm左右,其光学性能明显提高。合适的煅烧温度和稀土掺杂量能有效的提高纳米TiO_2光催化性能。分析发现,稀土Tb的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围,延迟晶型转变,提高TiO_2的热稳定性,此外还能抑制TiO_2晶粒的生长;纳米Tb/TiO_2复合颗粒为纯锐钛矿相,随着煅烧温度的升高,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相向金红石相转变,光催化活性降低。     

掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。     

掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致光及其光催化活性

采用sol-gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO_2纳米粒子，并利用XRD， TEM，BET，XPS和PL光谱对样品进行表征，主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的 TiO_2纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响，并探讨了Ce的掺杂对TiO_2相 变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系，结果表明，掺杂的Ce~(4+)没有进 入到TiO_2晶格中，而是以小团簇的CeO_2化学态均匀地弥散在TiO_2纳米粒子中， 这可能导致了Ce的掺杂对TiO_2的相变有很大的抑制作用；Ce的掺杂没有引起新的 光致发光现象，而适量Ce的掺杂能够降低TiO_2纳米粒子PL光谱的强度，这是因为 掺杂的Ce~(4+)易于捕获光生电子而生成Ce~(3+);600℃处理的掺杂Ce的TiO_2纳米 粒子表现出较高的光催化活性，这说明600℃是比较合适的焙烧温度，而掺杂不同 量的Ce的TiO_2样品的光催化活性顺序是：3 mol%＞4 mol%＞2 mol%＞5 mol%＞1 mol%＞0 mol%，这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的，即PL光谱强度越低，其 光催化活性越高，这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系，这是因为掺杂 剂Ce~(4+)能够捕获光生电子，在光致发光过程中使PL光谱强度下降，而在光催化 反应过程中使有机污染物加快氧化。     

高温固相合成Gd_2O_2S∶Tb~(3+)微米亚微米晶及其发光性能研究

通过高温固相法合成Gd_2O_2S∶Tb~(3+)微米亚微米晶,研究了不同反应条件对晶体生长及其荧光发光性能的影响。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)和荧光光谱(PL)对Gd2O2S∶Tb~(3+)粉末进行表征。结果表明:反应时间、温度及Tb掺杂量对产物的荧光发光强度有显著影响,当Tb~(3+)掺杂量为7%时,在900℃下反应4h的样品荧光强度最佳。实验合成的Gd_2O_2S∶Tb~(3+)粉末具有优越的发光性能,用254nm光激发时,在λ=543nm处有一对应于Tb~(3+)(5D4→7F5)跃迁的强发射峰。     

磷灰石结构荧光粉Ba10(PO4)6F2:Ce3+,Tb3+的合成、发光和能量传递

采用高温固相法合成了系列Ce~(3+)和Ce~(3+)/Tb~(3+)激活的具有磷灰石结构荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激发和发射(PLE和PL)光谱对样品进行了表征分析。研究结果表明:所合成的荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)具有氟磷灰石结构,样品微观呈现不规则形貌。荧光粉Ba10-x(PO4)6F2∶x Ce~(3+)的相对发射强度随着x增加而增强,当x=0.09时,荧光强度达到最大。荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)的激发光谱为240～330 nm的宽带,发射光谱呈现出Ce~(3+)的5d→4f跃迁紫外光(335和358 nm)发射和Tb~(3+)的4f→4f跃迁绿光(542 nm)发射。光谱特性表明,发光过程中存在Ce~(3+)→Tb~(3+)能量传递,能量传递效率可以达到60%。计算Ce~(3+)和Tb~(3+)的临界距离为0.79 nm,能量传递机理是偶极-偶极交互作用。此外,详细论述了Ce~(3+)和Tb~(3+)之间的能量传递和发光的过程。通过调节Tb~(3+)的掺杂浓度,对荧光粉发光色坐标与Tb~(3+)的掺杂浓度之间的关系也进行了研究,随着Tb~(3+)的掺杂量从0增加0.52,荧光粉Ba_(10)(PO_4)_6F_2∶Ce~(3+),Tb~(3+)的发射光谱色坐标可以从(0.149 4,0.045 1)蓝色区变化到(0.280 1,0.585 3)绿色区。     

Bi/Yb3+,Er3+:TiO2复合纳米纤维的合成及光催化产氢性能

以静电纺丝技术制备的稀土Yb~(3+)和Er~(3+)共掺杂TiO_2纳米纤维为基质,结合水热法合成了Bi复合Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2纳米纤维光催化剂。以三乙醇胺为牺牲剂,研究了Bi/Yb~(3+),Er~(3+)∶TiO_2的紫外、可见、近红外和全谱光催化产氢性能。结果表明:全谱光照5 h,产氢速率达到1 650.3μmol·g~(-1)·h~(-1)。Bi作为一种新兴的非贵金属具有独特的等离子体光催化或辅助光催化性能,能与稀土元素丰富的能级结构和特殊的上转换发光特性相结合。对TiO_2进行双重协同修饰改性,可以有效提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。     

Fe~(3+)掺杂的TiO_2纳米复合粒子的合成及表征

利用酸催化的溶胶-凝胶法合成了一系列不同Fe~(3+)掺杂量的TiO_2纳米复合 料子。用XRD,TEM,UV-vis等技术进行了表征。结果表明：在所研究的掺杂量范围 内(x_B = 0.0005 ～0.1000),未发现有铁氧化物的晶相生成;Fe~(3+)的掺杂可以 实现TiO_2由锐钛矿(anatase)结构向金红石(rutile)结构的低温转化,随着Fe~ (3+)掺杂量的增大,对光的吸收发生红移,吸收强度增大。掺杂适量的Fe~(3+)可 以使TiO_2纳米微粒的光催化活性得以提高。     

Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维的制备及可见光催化性能

以电纺TiO_2纳米纤维为基质,采用溶剂热法制备了稀土Pr掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计和荧光光谱仪等对不同样品的物相、形貌和光学性能等进行表征,以甲基橙为模拟有机污染物,考察了样品的光催化性能.结果表明,在复合样品中,Pr~(3+)进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi~(3+)形成施主能级,导致能级带隙变窄,不仅有利于提高样品的可见光催化活性,抑制光生电子-空穴对复合,而且还提高了Bi_2MoO_6/TiO_2的光催化活性和稳定性.当Pr的掺杂量为3%(摩尔分数)时,光催化降解甲基橙的效果最佳,可见光照射180 min时降解率达到93.8%,比纯Bi_2MoO_6/TiO_2的降解率有明显提高.     

Yb~(3+)-Tb~(3+)共掺杂β-NaYF_4纳米晶的上转换发光特性研究

采用水热合成法,以油酸作乳化剂成功制备了Yb~(3+)-Tb~(3+)共掺杂β-NaYF_4纳米晶。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱仪对所制备的样品进行表征。在980 nm红外半导体激光器的激发下,不仅观察到Yb~(3+)/Tb~(3+)共掺杂NaYF_4纳米晶对应于Tb~(3+)离子5D3→7FI(I=6,5和4)和5D4→7FI(I=6,5,4和3)能级跃迁从红色到紫外的上转换荧光,同时还观察到了杂质离子Er~(3+)的发光。实验发现随着Yb~(3+)浓度的相对减小和Er~(3+)浓度的相对增大,489 nm对应于Tb~(3+)离子5D4→7F6能级跃迁的上转换蓝光得到增强。在Yb~(3+)-Tb~(3+)-Er~(3+)系统中,简要地讨论了从Yb~(3+)到Er~(3+)再到Tb~(3+)的能量传递过程。     

La_7O_6(BO_3)(PO_4)_2∶Eu~(3+)/Tb~(3+)荧光材料的制备及其光致发光性能

采用优化的高温固相方法制备了稀土离子Eu~(3+)和Tb~(3+)掺杂的La_7O_6(BO_3)(PO_4)_2系荧光材料,并对其物相行为、晶体结构、光致发光性能和热稳定性进行了详细研究。结果表明,La_7O_6(BO_3)(PO_4)_2∶Eu~(3+)材料在紫外光激发下能够发射出红光,发射光谱中最强发射峰位于616 nm处,为5D0→7F2特征能级跃迁,Eu~(3+)的最优掺杂浓度为0.08,对应的CIE坐标为(0.610 2,0.382 3);La_7O_6(BO_3)(PO_4)_2∶Tb~(3+)材料在紫外光激发下能够发射出绿光,发射光谱中最强发射峰位于544 nm处,对应Tb~(3+)的5D4→7F5能级跃迁,Tb~(3+)离子的最优掺杂浓度为0.15,对应的CIE坐标为(0.317 7,0.535 2)。此外,对2种材料的变温光谱分析发现Eu~(3+)和Tb~(3+)掺杂的La_7O_6(BO_3)(PO_4)_2荧光材料均具有良好的热稳定性。     

Bi_(4-x)Eu_xTi_(3-y)M_yO_(12)(M=Fe,Co,Ni)纳米颗粒的制备及光学和磁学性能

三层结构的Aurivillius相的Bi_(4-x)Eu_xTi_(3-y)M_yO_(12)(x=0~0.6;M=Fe/Co/Ni,y=0.01,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)纳米颗粒,是通过共沉淀法和后续的高温煅烧处理所制备的。利用XRD,SEM,PL,Raman,PPMS等方法对样品进行表征,研究了不同掺杂浓度下的产物的物相、形貌和性能等。实验结果表明,通过掺杂,发现纳米颗粒的粒径变小,形貌更均一,分散性也更好。通过对掺杂离子浓度的优化,发现Eu~(3+)离子的掺杂浓度为x=0.4时,发光强度是最强的。此外,对Ti位进行了磁性离子(Fe~(3+),Co~(3+)和Ni~(2+))的掺杂,实验结果发现随着掺杂的磁性离子浓度的减少,发光强度是逐渐增强,而且产物具有很好的铁磁性。     

形貌可控的NaCaGd(WO4)3:Eu3+红色荧光粉的制备及发光性能

采用水热法成功合成了形貌可控的NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)红色荧光粉。系统地研究了初始溶液pH值、反应温度和Eu3+掺杂浓度对NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)荧光粉物相结构、微观形貌和发光性能的影响。结果表明,当pH值为9、反应温度为180℃时,可合成单相四方晶系的NaCaGd(WO_4)_3,且颗粒微观形貌呈现分散性好、尺寸较均一的四方盘状纳米晶。在394 nm激发下,荧光粉显现典型的红光发射,其对应于Eu~(3+)的特征4f-4f跃迁。荧光粉发射光谱的强度随着pH值、反应温度及Eu~(3+)掺杂浓度的变化而变化。当pH=9、反应温度为180℃时,NaCaGd_(1-x)(WO_4)_3∶x Eu~(3+)(x=1)获得最佳发光强度。此外,研究了NaCaEu(WO_4)_3荧光粉的热稳定性,结果显示随着温度的升高,荧光粉发光强度逐渐降低。最后,通过理论计算得到荧光粉的色坐标和色纯度分别为(0.658,0.341)和96.1%,接近标准红色CIE坐标(0.673,0.327)。     

放射性洗涤废水的SDBS光催化降解研究

光催化氧化是处理含表面活性剂放射性洗涤废水的新途径。本文采用臭氧/纳米二氧化钛光催化的方法,对十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行降解研究,考察了SDBS溶液初始浓度、溶液pH、光照时间、臭氧通入量、反应温度等因素对其降解效果的影响。并添加裂片核素~(90)Sr~(2+)和~(137)Cs~+,评价本方法对含SDBS的放射性洗涤废水的降解效果。结果表明,采用臭氧/纳米二氧化钛光催化系统对于300mg·L~(-1)的SDBS溶液进行降解,30分钟SDBS的去除率可达99. 95%,且放射性核素~(90)Sr~(2+)、~(137)Cs~+的同时存在对O_3/纳米TiO_2光催化降解SDBS的性能几乎不影响; FT-IR测试结果表明不同浓度的SDBS的去除率,皆与反应时间正相关关系。     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_2纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi_2MoO_6/TiO_2复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及荧光光谱(PL)等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明:在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi_2MoO_6晶格,部分取代Bi3+,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO_2复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

基于油酸辅助水热法制备NaLuF4:Ln3+及光谱性质

采用油酸辅助水热法合成了具有上下转换发光性能的NaLuF_4∶Ce~(3+)、NaLuF_4∶Ce~(3+),Tb~(3+)、NaLuF_4∶Yb~(3+),Tm~(3+)、NaLuF_4∶Yb~(3+),Er~(3+)以及NaLuF_4∶Yb~(3+),Er~(3+),Tm~(3+)荧光粉材料。X射线衍射(XRD)表征结果表明产物各个衍射峰与标准卡片PDF#27-0726较好的吻合,得到六方相NaLuF_4晶体。扫描电镜(SEM)显示产物形貌为六棱柱,由粒径分布图可知属于微米级材料。NaLuF_4基质中单掺Ce~(3+)时,研究掺杂浓度对样品发光性能的影响表明NaLuF_4∶0.09Ce~(3+)的发光强度最大。双掺Ce~(3+)、Tb~(3+)时,详细讨论了NaLuF_4基质中Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量传递机制,可认为是偶极-四极作用。在980 nm激光激发下,增大Yb~(3+)的掺杂浓度可以使Er~(3+)的红(~4F_(9/2)→~4I_(15/2))/绿(~2H_(11/2)→~4I_(15/2),~4S_(3/2)→~4I_(15/2))光发射比例增大,Er~(3+)的红光和绿光发射过程均属于双光子发射,Tm~(3+)的蓝光发射过程属于三光子发射,并且NaLuF_4∶0.20Yb~(3+),0.005Er~(3+),0.005Tm~(3+)样品实现了白光发射(x=0.335,y=0.385)。     

双钙钛矿型Ca_2Gd_(1-x)TaO_6:xTb~(3+)绿色荧光粉的合成与荧光性质（英文）

通过高温固相法合成了双钙钛矿型Ca_2Gd_(1-x)TaO_6:xTb~(3+)(CGTO:xTb~(3+))绿色荧光粉。采用X射线衍射、扫描电镜、荧光光谱、荧光衰减曲线、量子效率(η)测试分别表征了 CGTO:xTb~(3+)荧光粉的物相、形貌和荧光性质。在紫外光激发下,CGTO:xTb~(3+)荧光粉实现了较强的绿光发射,绿光为Tb~(3+)离子的~5D_4-~7F_5跃迁。通过变温发射光谱研究发现CGTO:0.15Tb~(3+)荧光粉的热猝灭活化能为0.181 9 eV。在2.55 nm的激发下,最佳Tb~(3+)掺杂浓度的CGTO:0.15Tb~(3+)荧光粉的量子效率为32.32.%。     

通过能量传递实现Ba5-2x-yTbxNax(PO4)3Cl∶yEu2+荧光粉的光谱调控

通过[Na~+,Tb~(3+)]离子对取代[Ba~(2+),Ba~(2+)]离子对,制备了一系列的Ba_(5-2x-y)Tb_(x )Na_x(PO_4)_3Cl∶y Eu~(2+)荧光粉。通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、光致激发和发射光谱对其结构、形貌、组成及发光性能进行研究。结果表明:在354 nm激发下,Ba_(3.97)Tb_(0.50)Na_(0.50)(PO_4)_3Cl∶0.03Eu~(2+)样品的发射光谱既包含了Eu~(2+)位于450 nm左右的宽带特征发射,又包含了Tb~(3+)位于490、545、583和622 nm的窄峰特征发射。由于存在Eu~(2+)→Tb~(3+)的能量传递,使得Ba_(3.97)Tb_(0.50)Na_(0.50)(PO_4)_3Cl∶0.03Eu~(2+)中Tb~(3+)的发光强度相对于Ba_(4.00)Tb_(0.50)Na_(0.50)(PO_4)_3Cl中Tb~(3+)的发光强度显著提高。通过改变[Na~+,Tb~(3+)]离子对的浓度,实现了对Ba_(5-2x-y)Tb_(x )Na_x(PO_4)_3Cl∶y Eu~(2+)荧光粉的光谱调控。当x=0.50时,Ba_(4.97-2x)Tb_(x )Na_x(PO_4)_3Cl∶0.03Eu~(2+)中Tb~(3+)的发光强度达到最大。     

Ti3+自掺杂的TiO2(A)/TiO2(R)/In2O3纳米异质结的制备与可见光催化性能

以TiCl_3和InCl_3为Ti源和In源,在不使用还原剂的条件下,首先通过液相沉淀反应制备前驱体沉淀,然后采用后续水热处理制备Ti~(3+)自掺杂的TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结,考察了水热处理温度对材料结构和性能的影响。利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱对样品进行表征。分别以罗丹明B和苯酚溶液为模拟废水评价了样品的可见光催化降解性能。结果表明,与纯的TiO_2、In2O_3以及Ti~(3+)自掺杂的TiO_2相比,Ti~(3+)自掺杂的TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能,200℃下水热处理24h所得样品光催化降解罗丹明B的反应速率常数(0.0444min-1)分别是纯TiO_2和In_2O_3的17.76倍和8.71倍。瞬态光电流时间响应结果表明样品的光催化性能主要来源于TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结导致的提高的光生电子和空穴分离效率。     

基于CdS敏化Fe∶TiO_2纳米片的光电传感器对Cu~(2+)的检测

以钛酸四丁酯(C_(16)H_(36)O_4Ti)和三氟化铁(FeF_3)为原料,用水热法制备了铁掺杂二氧化钛(TiO_2)纳米片,并将其修饰ITO电极表面。通过连续离子吸附与反应(SILAR)法制备了ITO/Fe∶TiO_2/Cd S光电传感器,并用于Cu~(2+)的检测。Fe~(3+)的掺杂使TiO_2的带隙宽度变窄,对光的吸收产生红移,基于CdS的敏化效应,与TiO_2结合后拓宽了可见光的吸收利用率,降低了电子-空穴的复合率,使光电信号显著增强。在0.2~4.0μmol/L和4.0~80.0μmol/L范围内,Cu~(2+)浓度与传感器检测的电流值呈良好的线性关系,检出限为85 nmol/L(S/N=3)。将传感器分别用于桶装水、自来水、邕江水中Cu~(2+)的测定,加标回收率为94%~111%。