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东北师范大学研究生文献阅读报告

报告题目 稀土离子掺杂TiO2 纳米晶的上转化光催化作用 课程名称

姓 名 萍 学 号 10200200921649 专 业 分析化学 年 级 2009级 院 、 所 化学学院 年 月 日 2010-5-9

研究生文献阅读报告评价标准

东北师范大学研究生院制

稀土离子掺杂TiO2纳米晶的上转换光催化作用

发光是指物体内部以某种方式吸收的能量不经过热阶段，直接转化为非平衡辐射的现象。也就是说，发光是物质中能量的吸收、存储、传递和转换的结果。根据激发方式的不同，通常将发光又分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、光释发光、热释发光和x射线发光等.

光致发光材料中，先吸收长波然后辐射出短波的材料称为上转换材料。上转换材料主要是掺稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，经过光子加和后发出高能的短波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变为可见光。由于上转换发光所吸收的光子能量低于所发射的光子能量，这种现象违背stokes定律，因而又称为反stokes发光。这一特征可使对长波灵敏度差的红外探测器的功能得到进一步发挥，因此上转换材料可作为红外光的显示材料，如夜视系统材料、红外量子计数器、发光二极管以及其他激光材料等，在国民经济和国防建设领域有较大的应用潜力.此外，稀土掺杂材料的上转换技术也是实现紧凑型短波长全固态激光器的有效途径之一。尤其是近年来红外半导体激光二极管的迅速发展及商品化，提供了较为丰富的泵浦光源，使稀土离子的上转换发光又重新受到重视并得到广泛研究。基于稀土掺杂固体材料而研制的上转换激光器，可以在“可见到紫外”较宽的波段内实现受激辐射，并且在一定范围内可调谐，从而弥补了半导体激光器向短波长方向发展的不足与困难。短波长全固态激光器在高密度存储、生物医疗诊断、信息显示、光纤通讯等技术领域都有重要的应用价值。因此，对这种发光材料的研究不仅具有重要的理论意义，而且也有很多实用价值。

上转换材料的发展大致可分为三个阶段:第一个阶段是从发现上转换现象到上转换机制的研究，建立了三种最基本的上转换机制，即基态吸收/激发态吸收、基态吸收/交叉弛豫、雪崩交叉弛豫机制。第二个阶段是各种上转换材料产生的阶段，对上转换材料的组成及其特性作了系统的研究，得到了各种类型的优质上转换材料。第三个阶段是新的上转换机制以及上转换性能与材料组成、结构、形成工艺条件的对应关系的研究，这一阶段正处在发展时期，包括过渡金属离子掺杂上转换特性、室温宽波长上转换、材料与上转换性能的对应理论以及低环境条

件下上转换材料制备工艺等的研究和开发.在20世纪40年代以前，人们就发现有一类磷光体能在红外光的激励下发射可见光，人们将此定义为上转换发光，但这并不是真正意义上的上转换发光，而是红外释光。在19xx年，出现了上转换发光的报道，当时是用960nm的红外光激发多晶ZnS，观察到了525nm的绿色发光。19xx年，此种现象又在硒化物中得到了进一步的证实，将红外光转换成可见光的效率达到了相当高的水平。19xx年，Auzel在研究钨酸臆钠玻璃时，意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时，可见光的发射强度几乎提高了两个数量级，由此正式提出了“上转换发光”的观点，并引起了人们的注意，开始了对上转换发光的研究。在此后的十几年内，上转换发光材料的发展成为了一种把红外光转变为可见光的有效材料，并且达到了实用水平。例如，与其发红外光的si- GaAs发光二极管(LED)配合，能够得到绿光，其效率可以与GaP发光二极管媲美，可以说这是一个很大的突破。上转换材料的发展也因此迎来了它的第一次高峰。然而，随着其它发光材料的发展，上转换材料面临着如何进一步提高发光效率的问题。当时最好的材料的上转换发光效率不超过0.1%。并且由于发光二极管的发射峰与上转换材料的激发峰值匹配不甚理想，因此，在当时的水平下进一步提高上转换发光材料的效率变得十分困难，以致上转换材料的发展陷入了停滞不前的局面。

20世纪90年代初，上转换材料迎来了它的第二次发展高峰。这与大功率LD的出现及其日益成熟不无关系。并且，与前次目的不同，此次是以实现室温激光输出为最终目标的。经过不懈的努力，利用上转换材料实现激光输出获得了令人振奋的成果:不仅低温下(液氮温度)，在光纤中实现了激光运转，而且室温下，在氟化物晶体中也成功地获得了激光运转，光一光转换效率超过1%，高达1.4%。在短短的几十年里，上转换材料得到了长足的发展，特别是近年来，随着激光技术的不断改进和新激光材料的不断出现，激光泵浦产生的频率

上转换发光在全固态紧凑可见光激光器、光纤放大器等方面的应用，引起了人们极大的兴趣，并取得了很大的进展。19xx年Stanford大学和mM公司合作研究了上转换应用的新生长点一双频上转换立体三维显示，并被评为19xx年物理学最新成就之一。与此同时，稀土离子上转换发光机制，特别是敏化问题也是这个时期的研究热点。19xx年Xie等在ZBLAN:Pr，Yb光纤中提出了敏化雪崩机制，

目前最好的上转换光纤激光器就是利用该种泵浦机制和材料得到的。同年，zhang等报道了以780nm激发Tm3+时，Yb3+和Tm3+共掺氟化物晶体中由于Yb3+和Tm3+相互间的能量传递导致的强烈的蓝色上转换发光。这两个发现是Yb3+敏化上转换机制的重要扩展，对上转换激光器的发展意义重大。20xx年chen等研究了Er/Yb:FOG氟化物玻璃和Er/ Yb:FOV钒盐陶瓷的上转换特性，后者的上转换是前者的10倍，前者发光存在特征饱和想象，提出了上转换发光机制为扩散转移的新观点。近几年，Gudel等及Balda等对上转换材料的组成与其上转换特性的对应关系作了系统的研究，得到了一些优质的上转换材料。

稀土离子由于具有丰富4f的电子结构，不但表现出许多光、电、磁的特性，而且还表现强烈的上转换发光特性，这种特性已越来越受到人们的重视。所谓上转换发光，是指稀土离子吸收两个或两个以上的低能光子后，发射出一个高能光子的现象，通常是指将红外光转换成可见光。一般来说，稀土离子上转换发光所用介质是晶体或玻璃态物质通过激发态吸收或各种能量传递过程，稀土离子被激发至高于泵浦光子能量的能级，向下跃迁而发射上转换荧光。目前，稀土离子上转换发光几乎覆盖了可见光的各个波段。因此，研究稀土离子上转换发光对于上转换材料的应用具有重要的意义。

上转换发光所发射的光子的能量比所吸收光子的能量高，因为发射的高能量光子是通过吸收多个低能量光子激发而产生的，把这种过程称作上转换发光。稀土离子上转换发光是基于稀土元素4f电子间的跃迁。每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换过程不同。稀土离子的发光过程可分为三步：①基质晶格吸收激发能②基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发；③被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。

纳米TiO2是一种性能优越的宽带隙半导体材料，在紫外光的照射下具有良好的杀菌作用，因其作用效果迅速、杀菌力强、彻底的杀灭性、良好的适用性和化学稳定性等特点成为人们的研究热点。从目前的研究成果看，TiO2光催化杀菌反应多数是紫外光激发下的反应，而太阳光中可利用的这部分紫外光不到5%，而且过量的紫外光照射特别是在PDT治疗过程中会对人类造成伤害。因此如何通过对纳米TiO2的掺杂改性，以有效地拓展激发光到可见光或近红外光部分，

降低TiO2光生e--h+对的复合几率,提高其光催化效率仍是今后研究的重点。另外，通常认为锐钛矿型TiO2比金红石型具有更高的光催化活性，那么如何提高热力学稳定相金红石的光催化杀菌特性也是我们需要研究的问题。而稀土离子的上转换发光特性，可以拓宽TiO2的吸光范围，提高光子的利用率，很可能有利于提高TiO2的光催化效率，但将稀土离子的上转换发光应用于TiO2光催化领域的研究少有报道。因此，以TiO2为基质既能实现稀土离子上转换发光，又能充分发挥TiO2的光催化等作用，对合成新型光催化材料，探索光催化机理，拓展TiO2光催化剂的使用领域具有重要意义。

纳米TiO2是基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌效果的。其杀菌具有如下特点：抗菌与杀菌迅速，杀菌力强；同时具有抗菌和杀菌效应；彻底的杀灭性；具有防霉效应；适用性和稳定性；需要光的照射等。光激发TiO2首先破坏细胞壁和细胞膜，然后和细胞内的组成成分发生生化反应，导致功能单元失活而使细胞死亡。TiO2光催化杀灭微生物细胞有两种不同的生化机理：首先，光激发TiO2和细胞的直接反应，即光生电子和空穴直接和细胞壁、细胞膜或细胞的组成成分反应。另一机理则是光激发二氧化钛与细胞的间接反应，即光生电子和空穴与水或水中的溶解氧反应，形成氢氧自由基和过氧化氢自由基等活性氧类。这些活性氧类都可与生物大分子如脂类、蛋白质、酶类以及核酸大分子反应，直接或通过一系列氧化链式反应而对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏。也就是说，光生电子和光生空穴及在TiO2表面形成的OH、O2-、HO2、H2O2与细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分反应，而杀死细胞。特别是在悬浮液体系中，TiO2颗粒或吸附于微生物细胞的表面，或被微生物细胞吞噬而在细胞内聚集，在光的激发下产生的光生空穴和活性氧类均能有效地杀灭细菌及人体恶性肿瘤细胞。光激发TiO2颗粒具有强的杀菌性能和显著的抗瘤性，可望应用于室内消毒杀菌，水处理和水污染综合治理以及光动力学疗法.

 

第二篇：文献阅读报告模板

吉林大学通信工程学院

硕士研究生学位论文文献阅读报告

（讨论稿）

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1.《文献阅读报告》即“文献综述”，是针对研究课题所涉及到的知识领域，在搜集、整理相关参考文献的基础上，进行广泛阅读和理解后，对该领域研究成果的综合和思考。其中的各项内容要实事求是填写，要保证与毕业论文相一致。

2.根据培养标准，参考文献不少于50篇，其中外文文献不低于20篇，在此报告中应该有恰当的引用。

3.要求一律用A4纸打印，左侧用两个书钉装订。

4.开题前请指导教师签署意见后再上交。

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参考文献：（详细列出）