光热效应影响下的稀土掺杂氟钇钠/氧化钨异质结近红外-等离激元共振能量传递机制及其光催化性能研究

The tunable surface plasmon resonance (SPR) effect and the remarkable photothermal effect of tungsten oxide semiconductor are expected to be applied in the field of rare earth upconversion luminescence (UCL) enhancement and photocatalysis. In this project, we aim to study the efficient UCL and photocatalytic properties of NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49 heterojunction. The synthesis and optimization of heterojunction will be carried out to achieve efficient UCL under the influence of photothermal effect. The SPR enhanced electromagnetic field and the temperature dependent UCL properties of the heterojunction will be surveyed to reveal the UCL selective enhancement mechanism under elevated temperature condition and the impact of SPR enhanced rare earth ion energy transfer on the UCL properties to explore the novel UCL properties. The photocatalytic study of NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49 heterojunction will be carried out to realize the efficient photocatalytic of hydrogen generation from ammonia borane, thereby laying the foundation for the photocatalytic application of these materials under the infrared irradiation. It is expected that this project not only can obtain the NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49 heterostructures with excellent UCL and photocatalytic properties, but also make breakthroughs in the energy transfer mechanism of SPR enhanced UCL and photocatalytic mechanism.

氧化钨半导体可调制的表面等离激元共振(SPR)效应及其显著的光热效应，有望应用于稀土上转换发光增强及光催化领域。本项目致力于具有高效上转换发光和光催化特性的NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49异质结研究，开展异质结的合成及其优化，实现光热效应影响下的高效上转换发光，研究异质结SPR增强的电磁场分布和温度依赖的上转换发光特性，探讨升温条件下上转换发光的选择性增强机制，揭示SPR增强稀土离子能量传递对上转换发光的影响，探索异质结的新颖发光特性。开展NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49异质结的光催化研究，实现对氨硼烷的高效光催化产氢，为该类材料在红外驱动下的光催化应用奠定基础。预期本项目不仅能够获得具有优良上转换发光和光催化特性的NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49异质结，在SPR增强稀土上转换发光能量传递机理和光催化机制方面也会有所突破。

突破了传统贵金属等离激元共振（SPR）纳米结构材料合成困难与成本过高的难题，通过氧化钨半导体可调制的SPR效应及其显著的光热效应，以及氟化物基稀土掺杂纳米材料的高效发光效率，将氧化钨与稀土掺杂氟化物上转换发光材料进行组装，开展了稀土掺杂氟化物/氧化钨异质结的合成及其优化、高效上转换发光与光催化特性研究。构建了NaYF4:Er3+(Tm3+),Yb3+/W18O49异质结，调控了W18O49纳米线的表面氧空位浓度，使其SPR吸收带与稀土离子上转换发光波段以及近红外激发波段相匹配，通过W18O49纳米线向稀土离子的SPR能量传递，使得异质结的上转换发光得到显著提升。通过共掺杂Nd3+和引入贵金属Au纳米棒构建了NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49异质结和NaYF4:Er3+,Yb3+/Au/W18O49异质结，借助稀土离子间的能量传递和Au/W18O49的强等离激元耦合作用，进一步有效增强了异质结的上转换发光特性，并研究了异质结SPR增强的电磁场分布和温度依赖的上转换发光特性，探讨了光热效应影响下的上转换发光选择性增强机制，揭示了SPR增强稀土离子能量传递对上转换发光的影响。开展了NaYF4:Er3+,Nd3+,Yb3+/W18O49异质结的氨硼烷光催化产氢研究，通过等离激元热电子增强的W18O49与氨硼烷分子之间的载流子传输，以及SPR光热效应导致的W18O49局部热效应，实现了异质结对氨硼烷的高效光催化产氢。本项研究为稀土上转换发光材料在红外驱动下的光催化应用奠定了基础。此外，本项目还进一步探讨了稀土掺杂氟化物/氧化钨异质结在荧光分子检测方面的应用、基于荧光强度比和激发强度比技术的稀土发光材料新型温度传感技术。