摘要
钛酸钙及其衍生物种类繁多，但大量的目光和精力却只聚焦在钙钛矿型钛酸钙CaTiO3一种物质的研究上，既然CaTiO3已经在光学材料、太阳能电池和催化化学等领域大放异彩，人们便期冀其他钙钛氧化物也能继承这些优异特质。本文利用溶剂热-煅烧法成功地开发出两种新基质——焦绿石型钛酸钙Ca2Ti2O6和榍石CaTiO(SiO4)，将Eu3+掺入其中，它们都表现出出色的发光和光催化性质。第一部分实验重在对比同一合成方法、在同一批次下合成出的两种不同基质的性质差异，而第二部分实验则重在对比两种合成方法合成的同一化合物的性质差异，并一一找出产生这些微妙差异背后的原因，具体的对比研究内容如下： 1.通过溶剂热-煅烧法可控合成了纯烧绿石相Ca2Ti2O6、纯钙钛矿相CaTiO3及二者不同比例的混晶相。通过XRD的测试与计算，首次获得了Ca2Ti2O6的RIR值(参考强度比)，该值可用于定量分析混合物中的相组成。将Eu3+掺杂到这些钛酸钙里后，它们均可用作发光和光催化材料。我们对烧绿石相Ca2Ti2O6:Eu3+和钙钛矿相CaTiO3:Eu3+的结构、发光和光催化性能均进行了比较研究。结果表明，Ca2Ti2O6:Eu3+不仅是一种良好的发光材料，在394nm紫外光、464nm绿光和533nm蓝光激发下均具有明亮的橙红色发射。而且它还是一种比CaTiO3:Eu3+更优异的光催化材料，这归功于其较小的微晶尺寸、较高的比表面积和独特的烧绿石结构。此外，与单一相相比，由于异质结的存在，(Ca2Ti2O6-CaTiO3):Eu3+共生双相的光催化活性得到了大幅地提高。期冀双功能材料Ca2Ti2O6:Eu3+的发现可以扩充稀土掺杂的钛酸钙材料的应用面。 2.通过溶剂热-煅烧法和改良过的高温固相法合成了榍石CaTiO(SiO4):Eu3+。对它们的结构、发光性能和光催化性能进行了详细的比较研究。发现这两种方法合成出的CaTiO(SiO4):Eu3+归属于两种不同晶型，它们各有利弊。通过溶剂热-煅烧法合成的榍石具有粗糙多孔的表面形貌、更大的比表面积和较小的微晶尺寸，这导致了其发光强度明显弱于高温固相法合成的榍石，但在光催化实验中，这些不利因素却转化为了有利条件。此外，高温过程提高了Eu3+占位的对称性、并导致了表面陷阱的生成，这使得其跟溶剂热法合成的榍石相比，发光颜色不红、荧光寿命更短。我们希望这一比较研究可以拓宽榍石的研究思路和应用面。
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