[发明专利]一种光敏上转换复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种光敏上转换复合材料的制备方法，属于光电领域。所述复合材料是以铪改性稀土掺杂氟化物载体负载纳米二氧化钛形成的光敏上转换复合材料，其中铪的加入量为氟化物载体中三价阳离子量的0.2‑20mol%；将TiF₄或钛酸四丁酯中的钛以氧化物（TiO₂）的形式负载至铪改性的稀土掺杂氟化物载体上，TiO₂负载量与载体的摩尔比为0.1‑1。本发明制得的不同铪含量的改性稀土掺杂氟化物载体具有不同的上转换发射光谱特征，负载复合纳米二氧化钛后，所得复合材料呈现良好的光响应性能，并具有较好的光电灵敏度差异。

技术领域

本发明属于光电领域，更具体地说，涉及一种光敏上转换复合材料的制备方法。

背景技术

上转换发光是一个非线性的过程，当一个以上的低能长波光子能量被吸收后转换为一个高能短波光子发射，即通过多光子机制将长波辐射转换成短波辐射，实现低能量光波向高能量光波的转换。近年来，稀土离子共掺杂的上转换发光材料备受关注，其中以激活离子Er³⁺掺杂基质六方相氟化钇钠（NaYF₄）由于具备低声子能量和上转换发光效率最高的特点，特别引人注意。包括在医学，生命科学，太阳能电池，显示技术和催化剂等方面有着广阔的应用前景。然而，因为NaYF₄: Er³⁺的上转换发光性能不佳导致其应用还有很大局限。目前，通过研究已较大幅度提高了上转换发光强度，改善了上转换荧光寿命；主要的改进方法是调整基质颗粒的大小，颗粒表面修饰，等离子体共振吸收增强，强光源饱和激发，能量转移离子与敏化离子共掺杂并构建核壳纳米结构等。常见报道的上转换荧光寿命往往随着上转换发射的增强而相应延长。虽然更长的荧光寿命也有利于众多应用，但是在某些领域上转换发光强度增加，同时荧光寿命缩短却具有更好的应用价值。这是由于衰减时间较长会导致迟滞效应，可能会限制上转换发光材料在3D显示，温度传感器和动态检测领域中的应用。所以优化稀土掺杂基质材料，从而获得较强的强度以及适当的寿命可能会增加上转换发光材料更多的应用。

众所周知，对于很多功能材料来说掺杂是一种开发材料新颖价值以及更多有用属性的重要的途径。对于调控稀土共掺杂六方相NaYF₄调控上转换发射谱带特征和提高短波发光强度仍然是一个挑战稀土上转换发光性能与稀土离子所处晶场对称性及邻近敏化和能量转移离子的性质有着密切的关系。不同半径和价态杂原子掺杂可有效调变基质结构晶场对称性以及具有特定能带结构的离子也可参与稀土离子上转换发光的能量传递。另一方面，在20世纪70年代早期，日本研究者Fujishima和Honda就已证实二氧化钛具有一系列光电化学特性。在早期的研究中，他们构造了一个电化学电池，电极由二氧化钛和浸于水中的铂通过表面负载互联组成。通过光照射氧化物电极，他们监测到了从金属电极到外部电路有电流流过，他们推断二氧化钛内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即有光生电的现象(1-1-1)。通过监测电流流向，他们推断在氧化物电极发生了氧化作用(1-1-2)，而在金属电极发生了还原作用(1-1-3)。这还表明，水有可能通过可见光的外加作用来分解为氢气和氧气。

TiO₂+2hν→2e^-+2p⁺ (1-1-1)

2p⁺+H₂O→1/2O₂+2H⁺ (1-1-2)

2e^-+2H⁺→H₂ (1-1-3)

二氧化钛具有光电效应的发现打开了许多新的研究应用方向的大门，包括：1、使用二氧化钛作为光催化剂来消除环境中的污染物；2、新的将太阳能转化为电能的方法即光生电，例如染料敏化太阳能电池(DSSC)；3、太阳能制氢。