[发明专利]具有发光性能的光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及具有发光性能的光催化剂及其制备方法和应用，属于稀土功能材料和环境污染治理技术领域。具有发光性能的光催化剂，其化学式为：CaTiO₃:xEu³⁺,yZr⁴⁺；其中，0.5％≤x≤2.5％，1％≤y≤3％。本发明制得的具有发光性能的光催化剂，使用Eu³⁺、Zr⁴⁺两种离子共掺，不仅使得该产品成为一种白光LED用红色荧光粉，还使得该产品成为了一种性能优良的光催化剂。

技术领域

本发明涉及具有发光性能的光催化剂及其制备方法和应用，属于稀土功能材料和环境污染治理技术领域。

背景技术

光催化反应是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应的融合，是在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。半导体光催化材料的研究是从20世纪70年代才开始起步，日本学者(Fujishima and Honda,1972)发现TiO₂能够在紫外光照下用TiO₂电极电解水制得氢气,使得半导体光催化领域得到广泛的关注和飞速的发展，这一技术提出为我们提供了一种理想的清洁能源和治理环境污染的方法。光催化技术因具有工艺简单，操作条件易于控制，能耗低，材料易得，降解污染物彻底和无二次污染等优点，而成为一种理想的环境污染治理和洁净能源生产技术。但是由于二氧化钛的属于宽禁带的半导体(Eg＝3.2eV)只能被紫外光激发，且自身的光催化活性不高，对可见光的利用率低。又由于量子效率偏低，单纯二氧化钛的光生电子空穴对的再复合率高，光催化性能不突出。较低的光量子效率是限制光催化实用化和工业化的主要原因。故需要对其进行表面改性或表面修饰处理，通常有贵金属沉积和金属离子掺杂等。

在全球能源枯竭问题日益严重和环境气候日渐恶化的今天，由美国国家环境保护局在20世纪末提出的绿色照明这一概念再一次得到人们的关注，其主要内容包括4项必要指标，要求照明工程不局限于节约能源这一认识，要提高到节约能源、环境保护，满足生活工作中照明的质量以及视觉效果的高度。荧光粉材料由于光致发光，无色无味，无毒无害等特性，使其在众多领域里得到了比较广泛的应用。

近年来，人们发现一种新型改性方式，即用长余辉发光材料复合二氧化钛光催化剂，研究表明长余辉发光材料复合二氧化钛光催化剂有效的改善二氧化钛的光催化活性，并实现在暗光环境下的降解。但是，光催化降解过程中产生的光生电子空穴对只有在光照下才能产生，所以只有在光照的条件下才能进行光催化反应，这大大限制了光催化剂的应用。所以将长余辉发光材料和二氧化钛光催化剂有机结合，在光或无光条件下任然具有光催化效果，还处于探索阶段。

钛酸钙又称三氧化钛钙，因其具有良好的化学稳定性和热稳定性，广泛应用于中、高压陶瓷电容器，单晶、高频仪器的基本导电元件等。自从掺杂稀土Pr³⁺的CaTiO₃材料具有红色长余辉性质被报到后，因其的化学性质稳定、发光强度和色纯度高的特点引起了越来越多的人的关注。

目前，稀土离子掺杂CaTiO₃光催化剂的光催化性能已经很多，且对于CaTiO₃的发光和光催化方面也出现了相关专利。

申请号为“200910071967.8”，发明名称为“谱掺杂的钛酸钙发光材料及其制备方法”，公开了一种化学式为CaTiO₃:Pr³⁺的荧光粉，该荧光粉采用喷雾热解法制备而成。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谱掺杂的钛酸钙发光粉，体现了优越的发光性能。但是对于钛酸钙的光催化性能没有相应报道。