[发明专利]一种稀土掺杂Au@TiO2

说明书

本发明属于发光材料领域，具体涉及一种稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料及制备与应用。本发明将可溶性金盐溶液和柠檬酸三钠溶液混合，搅拌反应；加入抗坏血酸溶液，搅拌继续反应；然后加入TiF₄溶液，进行水热反应，离心、洗涤，得到Au@TiO₂核壳结构纳米材料；将Au@TiO₂核壳结构纳米材料分散于水中；然后加入稀土氯化物溶液，进行水热反应，离心洗涤，得到稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料。该材料具有较宽上转换的发射谱带和较低的激发阈值；此外，还具有光热转换和光催化等的多重功能，在太阳电池、LED照明、生物传感和环境保护领域具有重要的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于发光材料领域，具体涉及一种稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料及制备与应用。

背景技术

近几年，随着人们环境保护意识的增强以及能源危机的出现，寻找合适的绿色能源替代传统能源受到了科学界和工业界的广泛关注。太阳电池作为一种能把太阳能转换为电能的光电器件，提供了一种获取绿色能源的有效途径，成为科研工作者关注的焦点之一。制备出能有效利用太阳能且效率较高的太阳电池成了广大科研工作者的研究热点领域。在太阳光谱中，大部分光波位于可见和红外波段，其中红外波段的光(800～1700nm)大约占比55～60％。在单个太阳电池中，由于大部分的吸光物质无法有效的吸收近红外光，极大地限制了太阳电池的光转换效率。

上转换发光材料是一种通过多光子机制可以将红外光转换为可见光发射的物质，为高效利用太阳光提供了一种有效的方法。然而，目前基于上转换发光层的太阳电池的光电能量转换效率还比较低，基本处于实验研究阶段，一些基本的科学问题还没有解决，如：1)传统的稀土上转换发光材料发射光谱较窄，无法与感光材料的吸收谱良好匹配；2)目前上转换发光材料的发光效率较低且激发阈值较高。为了解决这些基本科学问题，研究者们采用了不同的方法。例如，设计开发低声子能量的新的基质材料或掺杂不同的稀土离子；在上转换纳米材料表面包覆不同的物质，降低材料表面的缺陷和悬挂键；设计与贵金属复合的纳米复合材料等等。中国发明专利(公开号CN105969347A)公开了一种 Yb³⁺@Eu³⁺@Y³⁺共掺杂CaF₂的上转换发光材料，提供了一种在～980nm近红外光激发下获得上转换白光的方法，该发明专利主要是采用三种稀土离子掺杂的方法，制备了一种白色上转换发光材料，没有涉及到贵金属纳米材料核壳结构。中国发明专利(公开号CN107163930A)公开了一种具有核壳结构的白光红外上转换复合发光材料，所述的上转换复合材料是发蓝光的红外上转换纳米材料与具有橙红色荧光特性的量子点组成，该发明专利的特点是以上转换纳米材料为核，量子点材料为壳制备核壳结构。文献[J.Phys.Chem.C 2014,118,3258-3265] 报道了一种Yb₂O₃@Au上转换纳米复合材料，在制备的过程中，金纳米棒逐渐地溶解成小的金纳米颗粒分散在上转换纳米材料中，该材料具有宽带激发和宽带发射的特点。众所周知，贵金属纳米材料，尤其是金纳米材料，由于具有表面等离子共振特性，能够增强荧光体的发光强度等，成为近年来发光材料研究的热点。上述已经有文献报道的结果，有的没有利用贵金属纳米材料的制备核壳纳米结构，有的是将金纳米材料溶解到发光材料中，所制备的材料不具有宽带发射或低阈值激发的性质。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料。

本发明的再一目的在于提供上述稀土掺杂Au@TiO₂核壳结构纳米材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：