[发明专利]一种Ho3+-Yb3+-F-共掺杂TiO2上转换纳米粉末的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及无机材料的合成和新能源的开发利用技术领域，具体涉及一种Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末的制备方法及其应用。

背景技术

二氧化钛（Ti0₂）是一种重要的宽带隙半导体材料，在自然界中以锐钛矿、金红石和板钛矿三种不同结构存在，具有化学性质稳定、优良的耐腐蚀性和耐候性、较高的催化活性、无毒等优点，特别是TiO₂纳米材料其大的比表面积极大地增加了其表面活性，使它在太阳能光电转换、光分解水制氢，光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面有广阔的应用前景。例如，以TiO₂作为光阳极的染料敏化太阳能电池和量子点敏化电池的研究已受到广泛关注并取得很大的进展。然而，TiO₂作为宽带隙半导体材料，太阳光照射在TiO₂半导体上，其入射光子有两种起源于半导体本征特性的损失机制：低于半导体带隙的光子不能被半导体吸收；高能光子高于半导体带隙的那部分能量以热量的形式散失，这是限制入射光吸收效率的两个主要因素。而太阳光谱中50%的太阳能是位于波长700-2500nm的近红外区。因此为了拓展TiO₂纳米材料的光谱响应范围，当务之急的是提高TiO₂纳米材料的光催化效率和太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末的制备方法，由该制备方法制备得到的Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末能吸收太阳光谱中的红外光谱而发射可见光实现上转换效应，利用这种效应可以提高TiO₂敏化太阳电池的光电转换效率和TiO₂的光催化效率。

本发明的另一目的是提供上述Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末的制备方法得到的Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末的用途。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末的制备方法，包括如下步骤：

a）在温度为70-90℃下将稀土氧化钬和稀土氧化镱溶解于过量的硝酸中，将稀土氧化钬和稀土氧化镱完全溶解；当稀土氧化钬和稀土氧化镱完全溶解后，再加热蒸发掉多余的硝酸，此时溶液呈中性，得到纯度为90-98wt%的硝酸钬和硝酸镱溶液；

b）将硝酸和氢氟酸加入到100ml去离子水中，搅拌均匀后加入25ml钛酸四丁酯并继续搅拌20-40min，加热到90-100℃搅拌1-3h，得到水溶胶；

c）将步骤a）得到的纯度为90-98wt%的硝酸钬和硝酸镱溶液加入到步骤b）得到的水溶胶中，搅拌20-40min，得到反应前驱液；

d）将反应前驱液转移至容积为200ml的高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，封釜；将高压釜置于高温干燥箱中，在190-210℃反应20-24h；

e）反应完成后，移除聚四氟乙烯内衬中的上清液，用乙醇超声分散，离心，重复3次，除去多余的水和硝酸，得到离心产物；将离心产物放置干燥箱中50-70℃烘干，研磨，在温度为430-470℃下于空气中退火20-40min，即得Ho³⁺-Yb³⁺-F^-共掺杂TiO₂上转换纳米粉末。