【摘 要】
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半导体材料及其各种微结构在太阳能存储、光电转换、再生能源利用等方面扮演着重要的角色,也在环境、生物等方面有着良好的应用前景。提高半导体材料对光能的利用效率是目前研究工作的一个关注点和焦点。半导体利用光能的效率受两个因素制约。一是受到半导体禁带宽度（Eg）的限制。目前应用的半导体光频响应范围仍局限在紫外光和可见光波段（太阳光总能量中紫外线占的比例约为～7%,可见光占～50%）,占太阳光能谱～43%左
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半导体材料及其各种微结构在太阳能存储、光电转换、再生能源利用等方面扮演着重要的角色,也在环境、生物等方面有着良好的应用前景。提高半导体材料对光能的利用效率是目前研究工作的一个关注点和焦点。半导体利用光能的效率受两个因素制约。一是受到半导体禁带宽度（Eg）的限制。目前应用的半导体光频响应范围仍局限在紫外光和可见光波段（太阳光总能量中紫外线占的比例约为～7%,可见光占～50%）,占太阳光能谱～43%左右的近红外光将无法有效利用。二是,在光照激发下,半导体产生的光生电子空穴迁移速率、分离效率影响半导体利用太阳光能的效率。拓展半导体光频响应至近红外波段,可极大扩展半导体的应用领域,如与可见光与紫外光相比,近红外光具有较大的生物组织穿透能力,可以利用近红外光实现皮肤深层光动力学靶向治疗的目的。因此,开展提高半导体材料对近红外光能利用效率的物理机制与应用途径研究,对于有效利用太阳光能和拓展半导体材料的应用范围有着重要的科学意义和实用价值。本文作者围绕基于上转换材料和半导体材料进行复合,对其复合材料的近红外光性能开展了研究。研究内容及成果如下:1.利用高温热分解法,使用全自动纳米粒子合成仪,精准调节高温反应时间,合成了系列尺寸逐渐变化的NaLuF4:Yb3+,Ho3+纳米粒子。研究了纳米粒子尺寸与发光性能的关系。形貌表征分析显示,在生长过程中,存在奥斯瓦尔德熟化过程。发射光谱分析表明,上转换发光随着纳米粒子尺寸的增加而逐渐增强。其中,在高温反应时间为80 min时,纳米粒子平均尺寸为50.1 nm,发光最强。2.利用水热法,在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的辅助作用下,合成了不同形貌的Bi OI微米晶材料。对所制备的样品进行了形貌、结构和光学性质的研究。利用罗丹明B（Rh B）进行光催化降解测试。实验结果表明,加入0.5 g含量的PVP制备的Bi OI（T5）对Rh B（10 mg/L）降解效果最好,当可见光辐射1 h时,50mg的样品T5对Rh B溶液降解率达到94.74%;未添加PVP制备的Bi OI降解效果最差,说明了Bi OI微米晶的形貌影响光催化性能。循环实验结果表明,Bi OI微米球具备良好的稳定性。3.利用水热法,将优选NaLuF4:Yb3+/Ho3+纳米粒子与Bi OI进行复合,得到NaLuF4:Yb3+,Ho3+/Bi OI复合材料。研究该复合材料在近红外光激发下,降解Rh B的性能情况。上转换发射光谱和吸收光谱分析表明,Bi OI有效地吸收了NaLuF4:Yb3+,Ho3+的紫外-可见上转换发光。对复合材料的荧光动力学分析表明,Yb3+、Ho3+之间的能量传递传给了Bi OI微米晶。在近红外光辐照3 h下,15 mg的NaLuF4:Yb3+,Ho3+/Bi OI复合材料对Rh B（10 mg/L）溶液的降解率可达90%。
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