[发明专利]一种具有发光性能的光催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有发光性能的光催化剂及其制备方法和用途，属于稀土功能材料领域。

背景技术

光催化剂，俗称光触媒，是指在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。其中，二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为常用的半导体纳米光催化剂，但是二氧化钛自身还是存在局限性，禁带较宽，自身光催化活性不高，对光的利用率低，所以需要减少光生电子与空穴的复合几率以及扩展二氧化钛对光的吸收范围，故需对二氧化钛改性或表面修饰处理，通常采用贵金属沉积和金属离子掺杂等。其中，金属离子掺杂中，研究主要集中在有关稀土元素掺杂TiO₂等方面来提高其光催化性能。

长余辉材料，又被称为蓄光型发光材料、夜光材料，其本质上是一种光致发光材料，它是一类吸收能量如可见光，紫外光，X-ray等，并在激发停止后仍可继续发出光的物质，能将能量储存在能陷里，是一种具有应用前景的材料，被视为新型环保节能材料，广泛应用于交通运输、建筑装潢、安全应急等诸多方面。常用的长余辉发光材料大多以稀土离子掺入铝酸盐基、硅酸盐基晶格中作发光中心而发光，此外，还有以硫化物ZnS:Cu,Co和CaS:Eu,Tm为代表的硫化物体系长余辉发光材料，近年来，人们发现一种新型改性方法，即用长余辉发光材料复合TiO₂光催化剂，研究表明长余辉发光材料复合TiO₂光催化剂能有效改善TiO₂的光催化活性，并实现在暗光环境下的降解。

但是，研究发现光催化材料的活性物质为光生电子和光生空穴，只有在光照条件下才能发挥净化降解作用，关闭光源后光催化反应立即停止，这样限制了光催化剂的应用。长余辉发光过程与TiO₂、钙钛矿型复合氧化物等光催化剂的光催化过程两者之间类似在于他们都是利用光能发挥作用，均与载流子的产生和分离过程有很大关系，但是如何将长余辉发光材料与光催化材料有机的结合，使两者协同发挥作用，在光弱或者无光的环境下，同样达到光催化剂的光催化性能，还处于探索的阶段。

钛酸钙是一种化学稳定性和热稳定性都很好的钙钛矿型复合氧化物，广泛应用于电子设备的绝缘体材料。自从掺稀土Pr³⁺的CaTiO₃材料具有红色长余辉性质被报道后，Pr³⁺离子激活的碱土金属钛酸盐因其化学性质稳定、发光强度和色纯度高等性能特点而显示出在场发射显示器、等离子体显示器以及恶劣工作环境等方面具有很好的应用前景，近年来受到人们的极大关注。

目前，对于CaTiO₃作为光催化剂和TiO₂掺杂Pr³⁺等稀土元素后的光催化性能研究已经较多，对CaTiO₃掺杂Pr³⁺做成的发光荧光粉方面也出现了相关专利。

申请号为“200910071967.8”，发明名称为“镨掺杂的钛酸钙发光粉及其制备方法”，公开了一种化学式为CaTiO₃:Pr³⁺，其中Pr³⁺的掺杂浓度在约占0.5％的Ca²⁺原子分数的荧光粉，该荧光粉采用喷雾热解法制备而成，是将一定比例的CaCO₃和Pr₆O₁₁溶于稀硝酸中，加热搅拌至溶熔状，冷却至室温再加入一定量的钛酸正丁酯、一定比例的水和乙醇，再加入络合剂柠檬酸和聚乙二醇，搅拌一定时间后制得透明溶胶前驱体，再经过喷雾干燥后，经过程序升温一定时间后，制得CaTiO₃:Pr³⁺荧光粉。该专利发明目的是为了制备一种具有球形形貌、单分散性，在紫外光和低压阴极射线激发下发射红光的镨掺杂的钛酸钙发光粉，通过探讨不同烧结温度或不同聚乙二醇浓度下镨掺杂的钛酸钙发光粉的形貌特点及其低压阴极射线激发下发射红光的强度，体现了其具有优越的发光性能。但是对于镨掺杂的钛酸钙的光催化性能没有相应的研究报道。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有发光性能的光催化剂。本发明通过钛酸钙晶体中Ca²⁺离子空位，以及采用Pr³⁺取代部分Ca²⁺的方式，得到一种具有发光性能的光催化性能优越的光催化剂。