稀土金属发光材料的制备及其发光性能研究
稀土金属元素包括镧系、钪、钇元素，它们都有共同的特点:稀土金属的4f轨道上的电子，可以发生各种各样的跃迁，因此，使得稀土金属具有各种各样、格外丰富的电子能级。稀土金属元素在一定的激发条件下，会发生多种跃迁，稀土金属的特殊电子结构构型使得电子能级跃迁种类异常多样化，按跃迁能级种类计数，可以达到数十万种，因此稀土元素是发光材料领域当中当之无愧的财富。激活剂、共激活剂、敏化剂中都离不开稀土金属元素，利用稀土金属元素制得的材料统称为稀土金属发光材料。 因为水滑石具有特殊的的层状结构和优良的性质，一直备受人们的普遍关注。利用水滑石层板上金属阳离子的可替代性、层间阴离子的可交换性，可以得到一系列稀土金属功能材料，这些功能材料已经被广泛应用于催化、吸附、电化学等领域。把稀土金属元素引入水滑石结构中，从而可以制得稀土掺杂的水滑石材料，这些材料在发光材料领域中表现出了很大的潜在应用价值。但是由于目前研究的稀土水滑石发光材料有很多缺陷，比如发光性能比较弱、荧光寿命低等，使其应用受到了极大限制，因此，探索提高稀土金属水滑石发光材料发光性能的途径，对于解决稀土金属发光材料的实际应用问题有重要意义。 以5-磺基水杨酸(SSA)、苯甲酸(BA)、对苯二甲酸(BDC)、均苯三甲酸(BTC)为配体，采用水热合成法合成Tb3+离子配合物。控制实验条件，探索Tb3+离子配合物合成的优化工艺（最合适配体、最佳反应时间、最佳反应用碱量）。结果表明，与Tb3+最匹配的配体是SSA，最佳用碱量为0.4mL(NaOH1M)，最佳反应时间为48h;同时考察了Tb-SSA作为阴离子探针对PO43-、Cl-、HSO42-的检测性能，结果表明此配合物对PO43-的识别作用最为明显，对三种阴离子的敏感顺序为PO43-＞Cl-＞HSO-4; 以5-磺基水杨酸(SSA)、苯甲酸(BA)、对苯二甲酸(BDC)、均苯三甲酸(BTC)为配体，采用水热合成法合成Eu3+离子配合物。控制实验条件，探索Eu3+离子配合物合成的优化工艺（最合适配体、最佳反应时间、最佳反应用碱量）。结果表明，与Eu3+最匹配的配体是BDC，最佳用碱量为0.4mL(NaOH，1M)，最佳反应时间为48h;同时考察了Eu-BDC作为阴离子探针对PO4-、Cl-、HSO42-的识别作用，结果表明此配合物对PO43-的识别最为明显，对三种阴离子的敏感顺序为PO43-＞Cl-＞HSO-4; 采用共沉淀法，改变Mg2+/(Al3++Tb3+)比值，合成了Tb3+离子掺杂的一系列镁铝稀土水滑石发光材料:Mg1.3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-LDH、Mg3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-LDH,ICP结果表明:所合成产品中镁铝铽的摩尔比与理论设计值近似;XRD结果表明:所合成的产品中存在水滑石的典型晶面，如(003)、(006)、(110)、(113)晶面，表明所合成的产品属于水滑石材料，还发现(110)晶面向小角度方向移动，这说明晶胞参数a变大，因此可以证明Tb3+离子成功进入水滑石的层板结构，并且成功取代了水滑石层板上Al3+离子的位置;FT-IR结果表明:与镁铝水滑石相比，归属于M-O键的特殊振动峰发生移动，也可以证明Tb3+离子成功进入水滑石的层板结构。荧光发射光谱表明，以550nm为监控波长，合成的产品出现了Tb3+离子所发射出的特征发射峰，在490nm、550nm、585nm、624nm处的峰分别归属于5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4、5D4→7F3跃迁。其中5D4→7F5跃迁，属于Tb3+离子的电偶极跃迁，对自由离子禁戒;其中5D4→7F6为Tb3+离子的磁偶极跃迁，对自由离子容许，在所合成的材料中，5D4→7F5跃迁都是在主要的，因此可以证明Tb3+离子在水滑石结构中处于非反演对称中心。随着Mg2+/(Al3++Tb3+)比值的增大，稀土金属发光材料的发光强度先增强后减弱，当Mg2+/(Al3++Tb3+)比值为2时，即合成的Mg2Al0.94Tb0.06-LDH发光性能最好，由此猜测，稀土水滑石类发光材料的发光强度不仅仅与稀土离子含量有关，还与稀土水滑石的结构以及组成有关。 以Mg1.3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-LDH、Mg3Al0.94Tb0.06-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-LDH为前驱体，采用焙烧还原以及离子交换法，合成了以5-磺基水杨酸为有机体插层柱撑的一系列稀土水滑石发光材料:Mg1.3Al0.94Tb0.06-SSA-LDH、Mg2Al0.94Tb0.06-S SA-LDH、Mg3Al0.94Tb0.06-SSA-LDH、Mg4Al0.94Tb0.06-SSA-LDH。XRD结果表明:所合成的产品中存在水滑石的典型晶面，如(003)、(006)、(110)、(113)晶面，表明所合成的产品属于水滑石材料，还发现与镁铝铽水滑石前驱体相比，(003)晶面向小角度方向移动，这说明晶胞参数c变大，说明水滑石的层间距变大，因此可以证明5-磺基水杨酸成功插入水滑石的层板间;荧光发射光谱结果表明:插层后的稀土水滑石类材料的发光性能都远远优于稀土水滑石前驱体，随着Mg2+/(Al3++Tb3+)比值的增大，随着Mg2+/(Al3++Tb3+)比值的增大，发光强度先增强后减弱，当Mg2+/(Al3++Tb3+)比值为3时，即合成的Mg3Al0.94Tb0.06-LDH发光性能最好。
稀土金属发光材料;水滑石;制备工艺;发光性能;电子结构
北京化工大学
硕士
化学
李增和
2017
中文
TB342;TB303
70
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）