[发明专利]NaLuF4：Gd，Yb，Tm/TiO2 纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种NaLuF₄：Gd，Yb，Tm/TiO₂ 纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

印染工业的发展加剧了环境污染，并且这类染料污染物常常包含一个或多个苯环，通过传统的化学和生物方法无法完全降解此类污染物。以半导体TiO₂为催化剂的多相光催化技术在环境污染治理方面具有巨大的发展潜力已经引起了人们越来越多的关注。TiO₂与其它催化剂相比，具有稳定性的物理-化学性能、耐光腐蚀性、无毒、光催化活性高等优点。但是，TiO₂的能带宽度为3.2eV，只有吸收波长小于387.5nm（3.2eV）的紫外光才能生成光生载流子，诱发光催化反应。而太阳光中的的紫外光含量仅占4%，可见光与近红外光分别占49%和46%，因此在太阳光下TiO₂的光催化活性很低。而如果采用紫外光照射，需要很高的成本并受仪器与环境的限制，因此，这很大程度上阻碍了TiO₂光催化技术的应用。国内外许多学者研究了利用金属、非金属掺杂、半导体复合等技术对TiO₂进行改性以提高其对可见光的吸收，进而提高其光催化活性。虽然此类方法表明改性后的TiO₂的吸收光谱相比纯TiO₂可产生一定程度的红移，具有可见光催化活性。但由于直接吸收可光光所产生的电子-空隙能量较低，反应活性较差，很难彻底降解有机污秽物。

上转换纳米晶是一种能将能量较低的近红外光转化为能量较高的紫外光的材料。将上转换材料与TiO₂复合后，当太阳光照射到复合光催化剂上时，上转换纳米晶能吸收近红外光，并将近红外光转换为能被TiO₂直接吸收利用的紫外光。TiO₂吸收由紫外光后产生能量高的具有强氧化-还原能力光生电子与空穴。

发明内容

    本发明的目的之一在于提供一种NaLuF₄：Gd，Yb，Tm/TiO₂纳米复合光催化剂。

    本发明的目的之二在于提供该催化剂的制备方法。

    为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种NaLuF₄：Gd，Yb，Tm/TiO₂纳米复合光催化剂，其特征在于该催化剂是由NaLuF₄：Gd，Yb，Tm上转换纳米晶与纳米TiO₂复合而成，其中NaLuF₄：Gd，Yb，Tm与TiO₂的质量比为1:1～1:3。

一种制备上述的NaLuF₄：Gd，Yb，Tm/TiO₂纳米复合光催化剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.    LuCl₃、GdCl₃、YbCl₃和TmCl₃按  110：48：40：1 ~ 120：50：45：1的摩尔比混合后，加入油酸和十八稀，其中每毫摩尔TmCl₃加入1000~1500ml油酸和2800-3200ml十八稀；加热到160℃维持30min，待混合物冷却到室温后，再加入含NaOH和NH₄F 的甲醇溶液，甲醇溶液中NaOH和NH₄F 的浓度分别为0.2~0.3mol/l 和0.3~0.5 mol/l，每毫摩尔TmCl₃加入1800~2200ml所述甲醇溶液；搅拌反应30min；随后再加热到100℃并维持30min；去除甲醇和水，在惰性气氛保护下加热到300℃，维持1h；自然冷却后，分离，用乙醇和水洗涤，即得到NaLuF₄：Gd，Yb，Tm； 

b.    将步骤a所得NaLuF₄：Gd，Yb，Tm分散于环己烷中，加入巯基乙酸的乙醇溶液，其中NaLuF₄：Gd，Yb，Tm和巯基乙酸的摩尔比为 1：400～1：300，搅拌反应48h，最后离心分离产物，使用乙醇和去离子水洗涤，所得产物重新分散在乙醇中，得到改性后的NaLuF₄: Gd, Yb, Tm；