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稀土磷酸盐具有较高的热稳定性和化学稳定性,在紫外光以及真空紫外光激发下具有良好的发光性质,是一类优异的发光材料。稀土磷酸盐具有安全无污染、色彩多样、恶劣环境的高稳定性等优良特性,具有广泛的应用前景。本论文采用简单水热法合成了一系列形貌可控的稀土磷酸盐纳米/微米材料,研究其光致发光性能。主要进行了如下几方面的研究。
(1)在100℃条件下,改变PO43-/Ce3+摩尔比研究CePO4相变过程,发现随着PO43-/Ce3+摩尔比的增加,产物呈现六方相→六方和单斜混合相→单斜相的变化规律。在过量的H3PO4体系中获得了六方相纳米线和单斜相花状纳米结构CePO4。发现提高PO43-离子浓度有利于单斜相的生成,且PO43-离子对花状纳米结构的生成具有结构导向作用。六方相和单斜相CePO4甲醇悬浮液与固体粉末的激发峰波长有所不同。本方法原料H3PO4可重复利用、反应温度低,降低了合成CePO4的成本。为其它纳米结构稀土磷酸盐的合成提供了新方法。
(2)在150℃条件下,以草酸盐为结构导向剂,合成了具有高长径比的六方相CePO4纳米线。调节C2O42-/Ce3+摩尔比实现了从六方相到单斜相CePO4的相转变。研究发现,络合剂草酸根对纳米线的规则生长与相转变具有结构导向作用。高长径比的六方相CePO4纳米线显示强的发光性能。Tb3+掺杂CePO4纳米线的荧光光谱显示Ce3+离子的能量可有效传递给Tb3+离子。
(3)利用六方相TbPO4·H2O链状晶体结构特点制备一维纳米结构单元,同时利用反应过程中自生成NH4H2PO4的模板作用,获得了纺锤形纳米结构TbPO4·H2O。调节体系的PO43-/Tb3+摩尔比和pH值,成功控制了TbPO4·H2O的微观形貌。纺锤形纳米结构的发光性能优于其它纳米/微米尺寸的TbPO4·H2O。
(4)乙二醇为溶剂的条件下,控制合成了四方相TbPO4,发现其发射光谱中除了有Tb3+离子特征5D4→7FJ(J=6、5、4、3)跃迁外,还出现了5D3→7FJ(J=6、5、4、3)跃迁,而六方相TbPO4·H2O中只发现Tb3+的5D4→7FJ跃迁。
(5)合成了圆盘形、球形以及梭状形YPO4和YPO4:Eu3+。结果显示体系的PO43-/Y3+摩尔比和pH值对调控产物的形貌及尺寸起到重要作用。不同形貌的YPO4:Eu3+的发射光谱均显示Eu3+的f-f能级之间的特征跃迁,小尺寸的圆盘形纳米颗粒具有较强的发光性能,且随着尺寸的增大荧光性能减弱。