稀土離子摻雜TiO-,2-納米晶體的上轉(zhuǎn)換光催化殺菌作用研究.pdf

1、本文采用溶膠—凝膠法合成了稀土離子摻雜納米TiO2晶體，系統(tǒng)研究了其借助于稀土離子的上轉(zhuǎn)換特性的光催化殺菌作用，具體研究內(nèi)容如下： 1．合成了Er3+（10％）—Yb3+（10％）摻雜納米TiO2晶體，通過XRD、紫外可見吸收光譜、上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜分析，考察了在焙燒溫度950℃，1000℃和1050℃時的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒大小、吸收光譜和上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜的特性，探討了在980nm泵浦激光激發(fā)下對致病性嗜水氣單胞菌的光催化殺菌作用。結(jié)果表

2、明，焙燒溫度對晶相結(jié)構(gòu)的影響不明顯，所得的納米TiO2晶體晶相結(jié)構(gòu)以銳鈦礦和少量燒綠石Er2Yb2Ti2O7微晶為主，這說明稀土離子摻雜對TiO2相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的抑制作用大于焙燒溫度對TiO2相結(jié)構(gòu)的影響。隨著焙燒溫度的提高，樣品的紫外可見吸收特性并未與焙燒溫度呈規(guī)律性變化，僅就950℃與1000℃樣品而言，前者吸收情況要高于后者。在可見光范圍的上轉(zhuǎn)換熒光強度隨著焙燒溫度從950℃至1050℃是增強的，其中1000℃焙燒樣品發(fā)光強度最大。9

3、50℃和1000℃焙燒的雙摻納米TiO2在980nm激光激發(fā)下對嗜水氣單胞菌具有明顯的殺傷作用，且光照60min時，細菌存活率分別達到78％和47％，說明雙摻體系的殺菌能力與其上轉(zhuǎn)換光譜是一致的，熒光強的樣品其殺菌作用較大。 2．合成了Er3+（10％）—Yb3+（10％）—Fe3+（0．2％）摻雜納米TiO2晶體，在950℃，1000℃和1050℃溫度范圍內(nèi)，晶相結(jié)構(gòu)由Anatase結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐訰utile為主，并混有少量

4、的燒綠石結(jié)構(gòu)，說明Fe3+的摻雜促進了金紅石相的生成。隨焙燒溫度升高，紫外吸收強度依次增加，1050℃時達到最大。稀土離子摻雜樣品均出現(xiàn)與Er3+Yb3+離子相關(guān)的吸收峰，特別是973nm處，而且摻Fe3+后有所提高。隨焙燒溫度升高，上轉(zhuǎn)換發(fā)光逐漸減弱，在1050℃焙燒時幾乎完全消失。說明樣品的上轉(zhuǎn)換熒光強度不但與樣品的晶化程度有關(guān)，還與摻雜離子有關(guān)，F(xiàn)e3+在TiO2晶格中會導致熒光淬滅。1050℃焙燒得到的Er3+—Yb3+—Fe3

5、+納米TiO2，在光照60min時達到最低的細菌存活率35％，說明三摻體系的殺菌能力與上轉(zhuǎn)換光譜也是一致的，淬滅最嚴重的殺菌能力最強。 3．通過雙摻納米TiO2和三摻納米TiO2的對比分析，可以看到二者的光催化殺菌機理不完全相同，前者與上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度有關(guān)；后者與熒光淬滅有關(guān)，即稀土離子的上轉(zhuǎn)換光催化特性最終與TiO2的晶相結(jié)構(gòu)及晶格畸變程度有關(guān)。 總之，我們通過上轉(zhuǎn)換升頻作用實現(xiàn)了用近紅外光代替紫外激發(fā)光，將光催化的激發(fā)