上轉(zhuǎn)換材料在信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、光催化等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，該材料具有吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光，發(fā)射短波長(zhǎng)光的作用。上轉(zhuǎn)換材料的機(jī)理主要分為激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換、能量傳遞上轉(zhuǎn)換、合作上轉(zhuǎn)換、能量遷移上轉(zhuǎn)換、光子雪崩等種類，目前應(yīng)用較廣的上轉(zhuǎn)換體系有無(wú)機(jī)稀土離子摻雜體系和有機(jī)三重態(tài)湮滅體系。如何提高上轉(zhuǎn)換熒光量子效率，降低原材料成本仍是目前需要解決的問(wèn)題。
近日，天津大學(xué)季惠明教授與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)馬天翼教授合作，通過(guò)對(duì)氮化碳材料制造結(jié)構(gòu)缺陷，實(shí)現(xiàn)了缺陷態(tài)氮化碳材料激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換的功能。通過(guò)堿處理輔助煅燒的方法獲得具有氮缺陷的氮化碳納米片材料，X射線光電子能譜、核磁共振C譜等表征手段證明了材料中N2C（連接兩個(gè)C原子的N原子）缺陷的產(chǎn)生；DFT結(jié)果表明，N2C缺陷的產(chǎn)生在氮化碳材料的禁帶中引入了缺陷能級(jí)，N2C缺陷能級(jí)作為上轉(zhuǎn)換的中間能級(jí)使材料實(shí)現(xiàn)了雙光子激發(fā)過(guò)程，從而在長(zhǎng)波長(zhǎng)光的激發(fā)下，材料在436 nm處實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)射。缺陷態(tài)氮化碳材料的熒光量子效率為0.64%，與傳統(tǒng)的激發(fā)態(tài)吸收模式上轉(zhuǎn)換材料10-4數(shù)量級(jí)的量子效率相比有所提高。
將具有上轉(zhuǎn)換功能的缺陷態(tài)氮化碳材料( g-C3Nx )分別與硫化鎘( CdS )、硫化銦( In2S3 )材料復(fù)合，研究復(fù)合材料在近紅外光下( λ＞780 nm )降解羅丹明B ( RhB )的性能。結(jié)果表明，單一的CdS、In2S3材料在近紅外光照射下沒(méi)有光催化響應(yīng)，而復(fù)合了g-C3Nx材料后，復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了在近紅外光下的光催化降解性能，其中40 wt% In2S3/g-C3Nx復(fù)合材料一小時(shí)內(nèi)對(duì)10 mgL-1 RhB的降解率為55.6%。 本課題通過(guò)對(duì)氮化碳材料構(gòu)造結(jié)構(gòu)缺陷，實(shí)現(xiàn)了材料的上轉(zhuǎn)換功能，與傳統(tǒng)的激發(fā)態(tài)吸收上轉(zhuǎn)換相比，熒光量子效率得到提高。這一課題為研究具有不同缺陷的半導(dǎo)體材料的上轉(zhuǎn)換功能提供了新的思路。 論文信息 Exited State Absorption Upconversion Induced by Structural Defects for Photocatalysis with a Breakthrough Efficiency Xiaodong Zhao, Qian Liu, Prof. Xiaolei Li, Dr. Hui Li, Prof. Zhurui Shen, Prof. Huiming Ji, Prof. Tianyi Ma Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202219214
