荧光粉/光催化剂复合材料中电子传递机理及其光催化性能研究

It is difficult for photocatalyst to achieve high efficient utilization of sunlight due to the narrow absorption range. Therefore, it needs to improve in terms of efficiency and energy saving. In order to improve the degradation efficiency of photocatalyst and realize round-the-clock photocatalytic reaction, this project purposes that photocatalytic efficiency can be effectively improved by combining phosphor and photocatalyst. The relationship between the catalytic activity, electronic storage capacity and position of energy level of phosphor/photocatalyst composite materials will be discussed. The mechanism of electron transfer between phosphor and photocatalyst will be revealed and a physical model will be established. Combine with the study of energy level of phosphor and photocatalyst, the matching energy level structure will be selected and highly efficient and round-the-clock phosphor/photocatalyst composite materials will be designed. In conclusion, the model of electron transfer will fill the theoretical blank for the enhancement of photocatalyst efficiency by heterogeneous phosphor and the optimized phosphor/photocatalyst composite material will promote the development of photocatalyst.

光催化剂因较窄的光响应范围导致其太阳能利用率较低且需要在维持光照条件才能进行光催化反应，因此在高效与节能方面有待提高。为了提升光催化剂的降解效率，实现全天候光催化反应，本项目创新性地提出采用荧光粉复合光催化剂增强光催化效率的研究，探讨荧光粉/光催化剂复合材料的光催化活性与电子存储能力和能级位置之间的关系；揭示荧光粉和光催化剂之间的电子传递机理并构建物理模型；结合对荧光粉和光催化剂能级结构的研究，优化出两者之间匹配的能级结构，设计制备高效节能的全天候荧光粉/光催化剂复合光催化材料。本项目提出的电子传递模型将填补荧光粉异质增强光催化剂活性的理论空白，制备出的光催化剂复合材料将进一步推进绿色节能型光催化剂材料的发展。

目前，光催化剂光响应范围较窄等因素导致其存在太阳能利用率低、在维持光照条件下才能进行光催化反应等缺点，因此提升光催化剂的效率及降低能耗成为现阶段的催化领域研究重点。为了提升光催化剂的降解效率、节约能源，本项目开发了全天候复合蓄能光催化材料，采用多种方法复合荧光粉、光催化剂，并对其光催化性能、催化机理进行探究，主要成果有：1）通过阳离子掺杂实现了晶体场调控，制备了Ca8ZnGa(1-x)Lax(PO4)7:Eu2+ (x=0-1.0)荧光粉，La取代Ga进入基质晶格后，可以实现Eu2+在Ca、La阳离子位点的四重占位，增加发射光谱带宽，粉体发射光谱覆盖蓝光区域，为与光催化剂复合的长余辉荧光材料提供基质；2）利用添加硼酸助溶剂等方法，制备了SrAl2Si2O8:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉，在添加助熔剂后Dy3+的数量增加，作为陷阱中心Dy3+取代了一部分Sr2+，生成了锶空位和2个DySr位点，促进产生更多的陷阱从而俘获更多的电荷载流子，显著提升了蓝光荧光粉的余辉时间到112.3 s，粉体间具有许多孔道，为与光催化材料复合提供了有利条件；3）利用H2C2O4溶液处理发光材料，通过荧光粉粉体表面原位沉积，合成了K2GeF6:Mn4+@ K2GeF6荧光粉，浸泡水5 h后处理后的荧光粉保留了其原始强度的95.8%，提升了粉体的耐水性能，阐明了粉体耐水壳层的形成机理，为提升氟化物粉体的耐水性提供普适方法；4）通过机械混合、高温煅烧等方法，合成了g-C3N4/Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+复合光催化材料，采用荧光粉复合光催化剂的方式增强光催化的效率，探究荧光粉/光催化剂复合材料的光催化活性，揭示了该反应系统中涉及的羟基自由基（OH-）、空穴（h+）和超氧阴离子（O2-）的活性基团的催化机理。