基于水熱合成納米氧化鎵及鎵酸鋅的形貌與性能研究.pdf

1、本文的研究工作主要是采用水熱法以Ga(NO3)3為原料合成納米氧化鎵及其含氧酸鹽。報(bào)道了在140℃的較低溫度條件下添加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(sodium dodecyl benzene sulfonate，SDBS)合成直徑為20 nm，長度為2μm，長徑比為100的GaOOH納米線。再對GaOOH納米線退火處理得到了與前驅(qū)體形貌和尺寸相似的α-Ga2O3，β-Ga2O3納米線。報(bào)道了添加表面活性物質(zhì)醋酸鈉(NaAc，SA)，并在

2、水熱溫度為170℃條件下合成粒徑為5 nm的GaOOH納米顆粒。研究發(fā)現(xiàn)，添加醋酸鈉得到的GaOOH納米顆粒在光激發(fā)下沒有發(fā)射光譜，而添加十二烷基苯磺酸鈉得到的GaOOH納米線在244 nm光激發(fā)下于390 nm處被檢測到由于OH-陰離子空位引起的紫光發(fā)射光譜，這是對GaOOH納米線具有可見光激發(fā)發(fā)光性能的首次報(bào)道，這一結(jié)果說明了GaOOH不同的形貌和尺寸對其發(fā)光性能有極其重要的影響。在250～260 nm光激發(fā)下，β-Ga2O3納米線

3、和納米顆粒的發(fā)射峰在437 nm的藍(lán)光區(qū)，α-Ga2O3納米線和納米顆粒發(fā)射峰在450 nm的藍(lán)光區(qū)，這些是由于氧空位形成施主的電子和鎵空位或鎵氧空位對形成受主的空穴復(fù)合而激發(fā)出的光。β-Ga2O3納米線和納米顆粒的發(fā)光強(qiáng)度高于α-Ga2O3納米線和納米顆粒，是由于溫度升高使基質(zhì)熱歧化，β-Ga2O3產(chǎn)生表面缺陷和結(jié)構(gòu)缺陷，從而提高了發(fā)光強(qiáng)度。
　　 在摻雜Eu3+合成納米氧化鎵的研究中，添加十二烷基苯磺酸鈉在170℃水熱合成了

4、粒徑為5-8 nm的GaOOH：Eu3+納米顆粒，退火后得到的α-Ga2O3：Eu3+和β-Ga2O3：Eu3+形貌沒有改變而尺寸增加到50 nm，它們在394 nm下激發(fā)具有5D0→7Fj(j=0-4)五個Eu3+的f-f躍遷特征發(fā)射峰。添加醋酸鈉在170℃水熱合成的5 nm的納米顆粒只有5D0→7F1和5D0→7F2兩個特征發(fā)射峰。添加十二烷基苯磺酸鈉合成的GaOOH：Eu3+具有較強(qiáng)的發(fā)射光譜，原因是GaOOH的晶型結(jié)構(gòu)與α-Al

5、OOH相似，是八面體的Ga3+O6與O-H連接而成的斜方晶結(jié)構(gòu)，Eu3+容易取代主晶格中的Ga3+，發(fā)光中心周圍電子的不對稱性使它具有很高的發(fā)光強(qiáng)度。α-Ga2O3：Eu3+的發(fā)光強(qiáng)度優(yōu)于βーGa2O3：Eu3+，這種現(xiàn)象歸結(jié)于αーGa2O3具有R3C對稱性的GaO6八面體構(gòu)型，而β-Ga2O3具有等量的四面體GaO4和八面體GaO6共存的配位，Eu3+更容易取代八面體GaO6中Ga3+的主晶格位置，引起晶格變形，Eu3+周圍電子的非對

6、稱性加劇導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度增大。隨著納米粒子中Eu2O3的摻雜濃度升高觀察到了發(fā)光猝滅現(xiàn)象。添加十二烷基苯磺酸鈉合成的GaOOH：Eu3+、α-Ga2O3：Eu3+和β-Ga2O3：Eu3+在Eu3+摻雜濃度為7 mol％時發(fā)光強(qiáng)度最高，而添加醋酸鈉合成中摻雜濃度為10 mol％時發(fā)光強(qiáng)度最高。
　　 在摻雜Eu3+合成納米鎵酸鋅的研究中，添加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉在170℃條件下水熱合成的納米鎵酸鋅平均粒度在5-8 nm左右，粒

7、度分布窄。納米ZnGa2O4：Eu3+的紅光發(fā)射以618 nm，592 nm和579 nm處的發(fā)射峰最強(qiáng)，592 nm的發(fā)射峰是磁偶極子躍遷(5D0→7F1)產(chǎn)生的，表明Eu3+占據(jù)了有反演對稱的格位；618 nm的發(fā)射峰屬于電偶極子躍遷(5D0→7F2)產(chǎn)生的，是大量的電子在整個晶格范圍內(nèi)的躍遷占據(jù)了非反演對稱的格位，此時的Eu3+周圍的電子具有極強(qiáng)的不對性，產(chǎn)生了晶格扭曲。579 nm屬于5D0→7F0的躍遷發(fā)射，是由于Eu3+周圍