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稀土离子掺杂的上转换荧光材料具有反斯托克斯发光性质,收到低能量光激发时能辐射出高能量光。其激发波长通常在近红外光区,通过反斯托克斯发光过程可以将低能量的近红外光转换成高能量的紫外-可见-近红外光。因为稀土氟化物基质声子能量低,无辐射跃迁的损失较小,上转换效率相对较高,所以NaYF4作为基质应用较多。为了提高上转换效率,常在基质中掺入敏化剂,目前常用敏化剂为Yb3+,但近年来研究人员也开始关注Nd3+作为敏化离子的作用。Nd3+在800nm附近有大的吸收截面,但是与Yb3+敏化上转换纳米材料在980 nm激发下的发光强度相比,808 nm激发的Nd3+敏化上转换纳米材料的发光强度仍然偏低。以Nd3+作为主敏化剂构建活性核/活性壳分区结构可以抑制表面猝灭效应,提高上转换效率,也可以避免水分子对980 nm红外光吸收引发的过热效应、生物组织的光热损伤并有效实现受此影响的荧光共振能量转移(FRET)。Ti02是目前应用最为广泛的半导体光催化材料,将其与上转换材料结合,可以有效吸收紫外上转换发光,进一步扩展光催化体系对激发光的响应范围。本论文通过设计Nd3+敏化的上转换材料与Ti02半导体复合,构建了 NaYF4@NaYF4同质活性核壳结构上转换纳米晶@TiO2异质结,同时引入贵金属Ag协同提高上转换发射效率,使得该复合体系在808 nm光辐照下表现出优异的光催化活性,可以显著降解有机污染物及抑制细菌生长。本论文的具体研究内容如下:(1)NaYF4:Yb,Er,Nd@NaYF4:Nd@Ti1-xMnxO2复合材料的可控制备及其光催化性能采用高温热解法制备得到NaYF4:Yb,Er,Nd纳米粒子,并考察了反应时间、温度和稀土离子掺杂浓度的改变对所得产物的形貌、物相以及上转换荧光强度的影响。利用外延生长的方法,在其表面继续包覆一层NaYF4:Nd活性壳得到NaYF4:Yb,Er,Nd@NaYF4:Nd(UCNPs),并探究了活性壳层中稀土离子不同掺杂浓度对上转换荧光强度的影响,确定稀土离子最优掺杂比例。随后,通过表面改性,使UCNPs表面由疏水性转变为亲水性,以此为模板,通过改进的溶胶-凝胶法在其表面直接包覆锰掺杂二氧化钛(Ti1-xMnxO2)纳米颗粒,最终制得NaYF4:Yb.Er,Nd@NaYF4:Nd@Ti1-xMnxO2核-壳-壳结构复合材料。实验通过调节醋酸锰加入量来探究Mn2+掺杂浓度的改变对该复合纳米材料催化活性的影响,确定Mn2+的最佳掺杂比。研究结果表明,通过在晶格中掺杂Mn2+,可让TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,在808nm光辐照下,UCNPs的上转换可见光发射可以被TiT-xMnxO2吸收并产生电子-空穴对,与微环境中的氧气和水进一步反应产生强氧化性的·O2-和·OH,从而表现出良好的光降解及抗菌性能。通过利用牺牲剂叔丁醇、溴酸钾和EDTA对光催化抗菌机制做了探究,实验结果显示,在该光催化抗菌反应中起主要作用的活性物种为·O2-。MTT比色法实验结果显示,该复合材料具有良好的生物相容性。(2)NaYF4:Nd,Tm,Yb@NaYF4:Nd,Yb@SiO2@Ag@TiO2 复合材料的制备及其光催化性能首先,利用高温热解和种子外延生长法合成了活性核-活性壳结构的NaYF4:Nd,Tm,Yb@NaYF4:Nd,Yb 纳米颗粒(UCNPs)。在 NaYF4 壳层中共同引入 Nd3+和Yb3+提高了上转换荧光强度。实验探究了 Yb3+在壳层中的掺杂及浓度调控对UCNPs上转换荧光强度的影响,从而确定了活性壳中稀土离子的最佳掺杂比例。其次,以UCNPs为模板,通过反胶束法制备得NaYF4:Nd,Tm,Yb@NaYF4:Nd,Yb@SiO2纳米颗粒并考察了调节TEOS加入量对UCNPs@SiO2形貌及上转换荧光强度的影响。再次,以UCNPs@SiO2为模板,通过高温回流的方法在其表面实现Ag纳米颗粒的沉积,探究了改变AgNO3加入量对UCNPs@SiO2@Ag形貌以及上转换荧光强度的影响。实验发现,引入贵金属Ag,通过SPR效应能有效地提高发光强度。最后,利用溶胶-凝胶法在其表面包覆一层TiO2,考察了调节TBOT加入量对多层核壳结构的形貌以及上转换荧光强度的影响。实验结果表明,随着包覆TiO2厚度的改变,其荧光强度呈现下降的趋势。且该复合材料的光催化性能也发生改变,先增强后减弱存在一个最佳厚度。UCNPs@SiO2@Ag@TiO2纳米复合材料在808 nm近红外光照下降解RhB及对枯草杆菌的抗菌实验中均表现出良好的光催化效果。同样利用相应捕获剂对光催化过程中产生作用的活性物种进行了探究,实验结果表明,在光催化过程中起主要作用的活性物种为·O2-。MTT比色法实验显示,该复合材料细胞毒性较低,具有良好的生物相容性。(3)NaYF4:Yb,Tm,Nd@NaYF4:Yb,Nd@SiO2@TiO2/Ag复合材料的制备及其光催化性能以NaYF4:Nd,Tm,Yb@NaYF4:Nd,Yb@SiO2为模板,通过一步法在其表面同时包覆TiO2/Ag壳层。实验不仅探究了反应时间对所得产物形貌以及荧光强度的影响,还通过改变TBOT以及AgNO3的加入量来调节了 TiO2厚度和Ag的沉积密度,考察了 TiO2厚度以及沉积量变化对808 nm红外光催化降解RhB及对枯草杆菌抗菌活性的影响。实验结果表明,随着UCNPs@SiO2表面TiO2厚度的增加,体系催化降解有机染料以及抗菌活性表现出先增强后减弱的趋势。在UCNPs@SiO2@TiO2/Ag复合体系的制备过程中,当TBOT与AgNO3的加入量分别为10 μL和3 mL时,所得体系的光催化降解活性最佳。