光催化技术是解决能源、环境等问题有力的手段之一。光催化反应过程中, 催化剂的结构、表界面、缺陷等是影响光催化效率的关键因素, 可通过优化合成方法精确调控, 并实现特定性能的提升。不同于传统热传递式的加热模式, 微波场辅助合成法是基于偶极极化、离子导体、传导损耗、磁滞损耗等加热机制的新型微纳材料合成手段。该方法在光催化材料的热合成中, 具有加热速度快、热效应均匀、重现性好等优势, 也可通过特定的热效应实现定点加热和定向组装, 因此逐渐受到学界和产业界的广泛关注。本综述主要总结近年来微波合成光催化剂研究进展, 重点论述了催化材料合成过程中微波场对凝聚态物质的超热作用, 及其导致光催化剂在结构、表界面、缺陷方面的调控优化, 最终实现光催化性能的提升。

采用工业频率为2.45 GHz的高温微波法制备了纯基质相的CaS∶Eu2+红色发光材料, 激发波段为410～580 nm, 发射峰值波长为654 nm。在微波输入功率为1.0～1.1 kW的条件下, 可以获得纯基质相CaS∶Eu2+发光材料; 在1.2～1.3 kW功率范围, 获得的样品中含有CaO杂质相, 且颗粒团聚严重。其中, 1.1 kW制备的CaS∶Eu2+样品相纯度最高, 发光性能最优。微波功率的变化本质上揭示了固体颗粒的介电损耗因子及其加热特性的变化, 体系涉及的非平衡反应机制促使了纯基质相的形成, 并影响材料晶相结构、粒径、形貌和发光性能。结果显示, 高温微波制备技术通过控制输入功率及其物料的介电损耗性质, 能够获得纯基质相并且颗粒小、团聚少的荧光粉。

过渡金属掺杂的Ⅱ-Ⅳ族纳米材料有望替代CdSe类量子点作为新型的荧光标记物而受到广泛关注。 利用微波加热法的体加热特点, 以不同有机胺为配体溶剂, 控制反应条件, 制备了Mn2+掺杂的ZnSe纳米材料, 并分别利用TEM、 EDS、 荧光光谱等手段对其形貌、 结构和性能的关系进行了探索。 Mn2+掺杂的纳米ZnSe粒子为200～500 nm的球形粒子, 表面平整, 为单晶的纤锌矿结构。 掺杂后纳米粒子的发射峰显示Mn2+的跃迁发射, 但不同的配体溶剂和掺杂量对产物的发光性能有明显影响。

采用微波法合成了红色荧光粉CaCO3:Eu3+。 通过SEM,XRD和PL-PLE光谱等对样品的性能进行了表征和分析。 同时,研究了微波功率对样品发光性能的影响。 结果表明,样品在不同功率下会生成球霰石型的花片状、方解石型的立方体和文石型的针状等不同晶型的碳酸钙,颗粒的分散性好。 波谱分析说明,掺杂Eu3+作为发光中心进入到CaCO3晶格中,其激发光谱主要由200-300 nm的Eu3+—O2-电荷迁移跃迁形成,属于宽带激发,在319,395,465,535 nm等处有窄的激发峰出现。 在发射光谱中,由于磁偶极跃迁5D0→7F1受到不同晶体场的作用而分裂为593和589nm两个峰,最强的发射峰为614 nm,对应于Eu3+的电偶极跃迁5D0→7F2,属于纯正的红色发光。 此外,随着微波功率的提高,基质的晶型逐渐由花片状的球霰石向针状的文石型过渡,样品的红色发射强度也逐渐增强。

在微波场作用下,快速合成了CaS:Ag+荧光体,用X射线粉末衍射(XRD)分析证实了它们是立方晶相。测定了它们的激发光谱和发射光谱,发现其发射峰位于372 nm、450 nm和577 nm,分别是由A′CaV2+S中心的Ag+离子、间隙Ag+离子、Ag′Ca的Ag+离子和CaS基质自激活产生的,随着Ag+的掺杂浓度和助熔剂的改变,Ag+离子的几个发光中心互相转化,荧光体发出不同颜色的荧光。用扫描电镜(SEM)观察了它们的晶体形貌和尺寸大小,结果表明CaS:Ag+荧光体的晶体形貌都是球形的,但其粒径和晶体的分散性受Ag+的掺杂浓度和助熔剂的影响,出现了纳米晶(7～100 nm)和亚微米晶(125～300 nm)。