稀土金屬發(fā)光材料的制備及其發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土金屬元素包括鑭系、鈧、釔元素，它們都有共同的特點(diǎn):稀土金屬的4f軌道上的電子，可以發(fā)生各種各樣的躍遷，因此，使得稀土金屬具有各種各樣、格外豐富的電子能級(jí)。稀土金屬元素在一定的激發(fā)條件下，會(huì)發(fā)生多種躍遷，稀土金屬的特殊電子結(jié)構(gòu)構(gòu)型使得電子能級(jí)躍遷種類異常多樣化，按躍遷能級(jí)種類計(jì)數(shù)，可以達(dá)到數(shù)十萬(wàn)種，因此稀土元素是發(fā)光材料領(lǐng)域當(dāng)中當(dāng)之無(wú)愧的財(cái)富。激活劑、共激活劑、敏化劑中都離不開稀土金屬元素，利用稀土金屬元素制得的材料統(tǒng)稱為稀土金屬發(fā)光

2、材料。
　　因?yàn)樗哂刑厥獾牡膶訝罱Y(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性質(zhì)，一直備受人們的普遍關(guān)注。利用水滑石層板上金屬陽(yáng)離子的可替代性、層間陰離子的可交換性，可以得到一系列稀土金屬功能材料，這些功能材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于催化、吸附、電化學(xué)等領(lǐng)域。把稀土金屬元素引入水滑石結(jié)構(gòu)中，從而可以制得稀土摻雜的水滑石材料，這些材料在發(fā)光材料領(lǐng)域中表現(xiàn)出了很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。但是由于目前研究的稀土水滑石發(fā)光材料有很多缺陷，比如發(fā)光性能比較弱、熒光壽命低等，使其應(yīng)用

3、受到了極大限制，因此，探索提高稀土金屬水滑石發(fā)光材料發(fā)光性能的途徑，對(duì)于解決稀土金屬發(fā)光材料的實(shí)際應(yīng)用問題有重要意義。
　　以5-磺基水楊酸(SSA)、苯甲酸(BA)、對(duì)苯二甲酸(BDC)、均苯三甲酸(BTC)為配體，采用水熱合成法合成Tb3+離子配合物?？刂茖?shí)驗(yàn)條件，探索Tb3+離子配合物合成的優(yōu)化工藝（最合適配體、最佳反應(yīng)時(shí)間、最佳反應(yīng)用堿量）。結(jié)果表明，與Tb3+最匹配的配體是SSA，最佳用堿量為0.4mL(NaOH1M)，

4、最佳反應(yīng)時(shí)間為48h;同時(shí)考察了Tb-SSA作為陰離子探針對(duì)PO43-、Cl-、HSO42-的檢測(cè)性能，結(jié)果表明此配合物對(duì)PO43-的識(shí)別作用最為明顯，對(duì)三種陰離子的敏感順序?yàn)镻O43-＞Cl-＞HSO-4;
　　以5-磺基水楊酸(SSA)、苯甲酸(BA)、對(duì)苯二甲酸(BDC)、均苯三甲酸(BTC)為配體，采用水熱合成法合成Eu3+離子配合物。控制實(shí)驗(yàn)條件，探索Eu3+離子配合物合成的優(yōu)化工藝（最合適配體、最佳反應(yīng)時(shí)間、最佳反應(yīng)用

5、堿量）。結(jié)果表明，與Eu3+最匹配的配體是BDC，最佳用堿量為0.4mL(NaOH，1M)，最佳反應(yīng)時(shí)間為48h;同時(shí)考察了Eu-BDC作為陰離子探針對(duì)PO4-、Cl-、HSO42-的識(shí)別作用，結(jié)果表明此配合物對(duì)PO43-的識(shí)別最為明顯，對(duì)三種陰離子的敏感順序?yàn)镻O43-＞Cl-＞HSO-4;
　　采用共沉淀法，改變Mg2+/(Al3++Tb3+)比值，合成了Tb3+離子摻雜的一系列鎂鋁稀土水滑石發(fā)光材料:Mg1.3Al0.94T

6、b0.06-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-LDH、Mg3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-LDH,ICP結(jié)果表明:所合成產(chǎn)品中鎂鋁鋱的摩爾比與理論設(shè)計(jì)值近似;XRD結(jié)果表明:所合成的產(chǎn)品中存在水滑石的典型晶面，如(003)、(006)、(110)、(113)晶面，表明所合成的產(chǎn)品屬于水滑石材料，還發(fā)現(xiàn)(110)晶面向小角度方向移動(dòng)，這說明晶胞參數(shù)a變大，因此可以證明Tb3+離子成功進(jìn)入水滑石的層

7、板結(jié)構(gòu)，并且成功取代了水滑石層板上Al3+離子的位置;FT-IR結(jié)果表明:與鎂鋁水滑石相比，歸屬于M-O鍵的特殊振動(dòng)峰發(fā)生移動(dòng)，也可以證明Tb3+離子成功進(jìn)入水滑石的層板結(jié)構(gòu)。熒光發(fā)射光譜表明，以550nm為監(jiān)控波長(zhǎng)，合成的產(chǎn)品出現(xiàn)了Tb3+離子所發(fā)射出的特征發(fā)射峰，在490nm、550nm、585nm、624nm處的峰分別歸屬于5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4、5D4→7F3躍遷。其中5D4→7F5躍遷，屬于Tb3+離子

8、的電偶極躍遷，對(duì)自由離子禁戒;其中5D4→7F6為Tb3+離子的磁偶極躍遷，對(duì)自由離子容許，在所合成的材料中，5D4→7F5躍遷都是在主要的，因此可以證明Tb3+離子在水滑石結(jié)構(gòu)中處于非反演對(duì)稱中心。隨著Mg2+/(Al3++Tb3+)比值的增大，稀土金屬發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，當(dāng)Mg2+/(Al3++Tb3+)比值為2時(shí)，即合成的Mg2Al0.94Tb0.06-LDH發(fā)光性能最好，由此猜測(cè)，稀土水滑石類發(fā)光材料的發(fā)光強(qiáng)度不僅僅

9、與稀土離子含量有關(guān)，還與稀土水滑石的結(jié)構(gòu)以及組成有關(guān)。
　　以Mg1.3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-LDH、Mg3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-LDH為前驅(qū)體，采用焙燒還原以及離子交換法，合成了以5-磺基水楊酸為有機(jī)體插層柱撐的一系列稀土水滑石發(fā)光材料:Mg1.3Al0.94Tb0.06-SSA-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-S SA-LDH、Mg

10、3Al0.94Tb0.06-SSA-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-SSA-LDH。XRD結(jié)果表明:所合成的產(chǎn)品中存在水滑石的典型晶面，如(003)、(006)、(110)、(113)晶面，表明所合成的產(chǎn)品屬于水滑石材料，還發(fā)現(xiàn)與鎂鋁鋱水滑石前驅(qū)體相比，(003)晶面向小角度方向移動(dòng)，這說明晶胞參數(shù)c變大，說明水滑石的層間距變大，因此可以證明5-磺基水楊酸成功插入水滑石的層板間;熒光發(fā)射光譜結(jié)果表明:插層后的稀土水滑石類材料的發(fā)