基于β-NaLuF4 @NaLuF4 :Yb3+ ,Tm3+ @Ag@BiOBr核壳结构的等离子体增强上转换光催化剂在红外驱动污染物降解中的应用

　　针对太阳能中红外光利用率低及传统光催化剂响应范围窄的问题，研究人员设计了一种新型核壳结构上转换光催化剂β-NaLuF4 @NaLuF4 :Yb3+ ,Tm3+ @Ag@BiOBr（NLF@NLFT@Ag@Bi），通过等离子体效应和FRET能量转移机制，实现了99%的RhB紫外-可见-近红外光降解率和96%的纯近红外光降解率，为拓展太阳能驱动环境修复技术提供了新思路。

　　

太阳光中40%以上的能量分布在红外波段，但传统光催化剂如TiO₂
、ZnO等仅能响应紫外-可见光，导致大量红外能源浪费。更棘手的是，水体深层污染物因紫外光穿透性差而难以降解。如何突破光催化剂的光谱响应限制，成为环境与能源领域的重大挑战。镧系掺杂的上转换材料（UCL）虽能将红外光转换为高能光子，但其效率受限于表面猝灭效应和能量转移损耗。

针对这一难题，国内研究人员通过多步水热法构建了核壳结构复合材料β-NaLuF₄
@NaLuF₄
:Yb³⁺
,Tm³⁺
@Ag@BiOBr（NLF@NLFT@Ag@Bi）。该设计巧妙融合了三重增强机制：核壳结构抑制表面猝灭、银纳米颗粒（AgNPs）的等离子体效应放大UCL强度，以及BiOBr与UCL材料间的FRET能量定向转移。实验表明，该材料在紫外-可见-近红外光下0.5小时即可降解99%罗丹明B（RhB），纯近红外光下3小时降解率达96%，对双酚A（BPA）、诺氟沙星（Nor）等污染物的去除率也超过80%。相关成果发表于《Applied Surface Science》，为开发全光谱响应环境修复技术提供了范式。

关键技术方法
研究采用水热法合成核壳结构NaLuF₄
基质，通过表面等离子共振耦合负载AgNPs，再经电荷修饰引导BiOBr纳米片外延生长。表征手段包括XRD验证晶体结构、TEM观察形貌、荧光光谱分析UCL性能，以及电化学测试揭示载流子分离效率。

研究结果

1. 结构表征：XRD证实产物为纯相β-NaLuF₄
   ，TEM显示AgNPs均匀分布于核壳界面，BiOBr呈片状外延包裹。
2. 光学性能：核壳结构使Tm³⁺
   的475 nm发射增强4.3倍，AgNPs进一步通过局域电场将UCL强度提升2.1倍。
3. 光催化机制：AgNPs作为电子桥促进FRET过程，使BiOBr的载流子分离效率提高3.8倍，自由基捕获实验证实·O₂
   ^-
   为主要活性物种。

结论与意义
该研究通过“核壳结构设计-等离子体耦合-异质界面工程”三级联策略，首次实现近红外光驱动的高效污染物降解。其创新性体现在：① 核壳NaLuF₄
基质降低非辐射跃迁损耗；② AgNPs双重增强UCL和电荷转移；③ BiOBr片状结构提供丰富活性位点。这不仅解决了红外光利用的技术瓶颈，更为设计宽光谱响应环境功能材料提供了普适性思路，对发展太阳能驱动的绿色水处理技术具有重要实践价值。