[发明专利]一种磁性近红外光复合光催化剂制备及其保护方法

说明书

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种磁性近红外复合催化剂(β‑NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺/TiO₂/Fe₃O₄@SiO₂)及其制备方法。分别采用水热法和溶剂热法制备上转换发光材料β‑NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺和磁性物质Fe₃O₄，然后利用改性的Stöber法将β‑NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺、Degussa P25和Fe₃O₄包裹二氧化硅层制备磁性近红外复合催化剂。该复合催化剂利用上转换材料吸收近红外光转换发出紫外光，通过激发TiO₂光催化活性实现对近红外光的利用，提高了光催化反应中太阳光的红外光谱区域利用效率。此外，赋予光催化剂磁性，可以实现磁性分离和循环使用、降低处理成本、提高经济效益。本发明可应用于光催化环境治理领域。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种磁性近红外光复合光催化剂制备及其保护方法，该复合材料在环境和能源等领域具有广阔的应用前景。

背景技术

从1972年Fujishima等人发现半导体材料的光催化效应以来，半导体光催化剂技术得到充分的发展。随着环境污染和能源危机困扰人类社会难题的出现，光催化材料在污染治理、太阳能转换、自清洁等方面的应用探究成为世界各国学者广泛开展的研究工作。TiO₂是光催化技术中广泛应用的光催化材料，其主要特点是低成本、无毒性、高物理稳定性、能够再生循环利用、不产生二次污染、可直接利用太阳光能、光生电子和空穴的电势电位高、矿化度高。但是，TiO₂的禁带宽Eg大，只能吸收波长小于387nm的紫外光。这就使得太阳光的能量利用率只有4%左右，而太阳光能量中约48%的可见光和约44%的近红外光都没有得到有效利用，此外，TiO₂难以回收循环再利用等缺点也极大限制了TiO₂光催化剂在实际环境污染治理和太阳光能利用中的应用。

为了提高TiO₂的光响应范围，国内外学者对TiO₂进行了大量的改性研究，如金属离子掺杂、非金属离子掺杂、贵金属沉积修饰、碳材料修饰和半导体复合等等。这些方法可以使TiO₂ 的量子产率提高，减小其禁带宽度，扩大光响应范围，提高对太阳光能的利用率。但是禁带宽度的减小会降低光生电子和空穴的氧化还原电位，降低光催化活性。

上转换发光材料作为一种能够把低能光子转换为高能光子的材料，我们将其与TiO₂（Degussa P25）通过一定的结合方式复合，利用上转换发光材料的特性，吸收近红外的光，然后转换发出短波长的紫外线光，使得半导体间接利用近红外光，提高对太阳光能的综合利用率。通过Fe₃O₄负载在上转换材料辅助复合TiO₂（Degussa P25）上，可实现近红外复合催化剂回收循环再利用，从而降低成本，提高经济效益。

发明内容

本发明的目的是：提供一种磁性近红外光复合光催化剂制备及其保护方法，制得的复合光催化剂太阳光能利用率高、光催化性能好，可磁性分离循环使用，并将其应用于环境治理领域。

本发明采取的技术方案为：