固态上转换的制备及性能研究

发布时间：2017-07-17 12:09

  本文关键词：固态上转换的制备及性能研究

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【摘要】：上转换是一种通过多光子机制将低能量(长波长)的光转换为高能量(短波长)光的一项技术,其中三重态-三重态湮灭(TTA)上转换由于具有所需激发光能量低(地表太阳光光强即可激发)、上转换效率高、吸光能力强、激发发射波长可调等优点,在太阳能电池、人工光合作用、光催化等领域具有潜在应用价值,成为研究热点课题。由于氧气能猝灭光敏剂的三重激发态,因而上转换通常在无氧溶液中进行,这使得上转换在实际应用中受到一定的限制。本论文以两种聚合物为基质,上转换的三重态光敏剂和三重态受体分散其中,以实现在空气气氛下的上转换.固态弱光上转换以三线态-三线态湮灭机制(TTA)为理论基础,结合特定的树脂材料,将溶液态TTA上转换分子分散于树脂之间,隔绝TTA转换之间的氧气淬灭问题,提高了溶液态TTA上转换的稳定性。同时,固态上转换以其独特的优势,在太阳能利用、光催化、光讲解等领域存在潜在应用。本论文主要研究内容与创新点如下:1.固态上转换材料的制备分别以聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚丙烯酸钠(PAAS)为基质,采用掺杂的方式将上转换双组分(三线态光敏剂Pd TPP和发光剂DPA)分散进固态树脂内部,制备得两种固态上转换材料。研究了制备工艺和条件对固态材料透明性和力学性质影响。2.固态上转换材料的性能在固态树脂性能方面,分别研究了PAAS固态上转换树脂中温度与固态上转换效率的关系以及PDMS树脂的稳定性测试。研究发现,在PAAS树脂中,随着温度的升高,固态上转换效率逐渐增大,当温度为55℃时,固态效率最高为2.7%;在PDMS树脂中,将树脂直接放置于空气中,与大气环境接触无特殊保护,可以保持高的上转换效率存放10 h以上,大大提高了TTA上转换的稳定性。研究了Pd TPP/DPA的掺杂浓度对固态上转换效率的影响,结果发现,(a)随着掺杂上转换分子浓度的增大,固态上转换效率增大,当掺杂浓度质量分数为13.3%时达到饱和状态,继续增大掺杂量,固态上转换效率保持不变;(b)固态上转换强度与激发光强度之间呈非线性关系,即与激发光强度平方成正比;(c)通过PDMS与PAAS树脂之间的对比,发现固态上转换效率与树脂的玻璃化转变温度(Tg)以及透光率相关,Tg越低,透光率越好,则固态上转换效率越大,通过对条件的优化,获得的最大固态上转换效率为22%,(激发光λ=532 nm,E=60 m W/cm2),为目前文献报道的最大值。3.固态上转换的应用初探分别利用Zn Cd S和Pt/WO3作为固态上转换蓝光响应的半导体材料,将它们作为光阳极;研究固态上转换在光催化制取氢气、光合成以及光降解方面的应用。在光催化方面,使用Zn Cd S作为光阳极,PDMS固态上转换树脂产生的蓝光作为驱动光源,最终获得了1μA的光电流;在光合成方面,使用Pt/WO3作为催化剂,在上转换蓝光作用下产出羟基自由基,从而实现香豆素与7-羟香豆素的转化;在光降解方面,使用Pt/WO3作为降解材料,在固态上转换蓝光下,完成了罗丹明B的光降解,实现弱光下的光降解,这将为自然环境中利用太阳光降解提供新方法。
【关键词】：三线态-三线态湮灭 固态上转换 光催化 光合成 光降解
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 稀土元素上转换12-13
• 1.2 双光子吸收上转换13
• 1.3 三线态-三线态湮灭上转换13-16
• 1.3.1 TTA上转换机理13-15
• 1.3.2 上转换效率（ΦUC）15-16
• 1.4 溶液态TTA上转换16-19
• 1.5 固态TTA上转换及研究现状19-22
• 1.5.1 微乳液型TTA上转换19-21
• 1.5.2 纳米微球型TTA上转换21
• 1.5.3 聚合物树脂型TTA上转换21-22
• 1.6 TTA上转换应用及前景22-25
• 1.7 本论文主要研究内容25-28
• 1.7.1 敏化剂与发光剂分子的合成25-26
• 1.7.2 PdTPPDPA的配比与激发光强度对上转换效率的影响26
• 1.7.3 绿转蓝弱光固态上转换的制备与性能研究26-27
• 1.7.4 绿转蓝弱光固态上转换的应用研究27-28
• 第二章 弱光上转换溶液态材料制备与性能表征28-40
• 2.1 主要实验仪器和药品28-30
• 2.2 敏化剂的制备及表征30-31
• 2.2.1 四苯基卟啉钯的制备及表征30-31
• 2.3 发光剂的制备与表征31-32
• 2.3.1 9,10-二苯基蒽的制备与表征31-32
• 2.4 上转换双组分体系的光学性能表征32-33
• 2.4.1 溶液配制与样品准备32
• 2.4.2 材料光学性能测试方法32-33
• 2.4.3 绿-转-蓝弱光上转换测试33
• 2.5 材料光学性能分析33-36
• 2.5.1 吸收光谱与荧光光谱33-34
• 2.5.2 荧光寿命与磷光寿命34-36
• 2.6 溶液态绿转蓝上转换36-38
• 2.6.1 浓度对弱光上转换效率的影响36-37
• 2.6.2 激光强度对弱光上转换效率的影响37-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第三章 绿-转-蓝弱光固态上转换的制备与性能研究40-49
• 3.1 主要实验仪器和药品40-41
• 3.2 实验样品制备与测试分析方法41-43
• 3.2.1 聚丙烯酸钠型固态上转换树脂41-42
• 3.2.2 聚二甲基硅氧烷型固态上转换树脂42
• 3.2.3 测试分析方法42-43
• 3.3 固态上转换性能研究43-47
• 3.3.1 浓度对固态上转换效率的影响43-45
• 3.3.2 激光强度与上转换荧光强度的关系45-46
• 3.3.3 温度对固态上转换效率的影响46-47
• 3.3.4 固态上转换的稳定性47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 绿-转-蓝弱光固态上转换的应用研究49-57
• 4.1 固态上转换在光解水产氢的应用49-51
• 4.1.1 ZnCdS半导体电极的制备49-50
• 4.1.2 固态上转换光电流50-51
• 4.2 固态上转换在羟基自由基检测方面的应用51-54
• 4.2.1 Pt/WO_3半导体电极的制备51
• 4.2.2 固态上转换光合成51-54
• 4.3 固态上转换在罗丹明B光降解方面的应用54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 全文总结与创新点57-60
• 5.1 全文总结57-58
• 5.2 创新点58-60
• 参考文献60-69
• 致谢69-70
• 作者简历70

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