稀土離子摻雜水滑石的合成和光致發(fā)光性能研究.pdf

1、水滑石類化合物因其獨特的結構和性質，一直受到了人們的廣泛關注。因其層板金屬離子的可取代性和層間陰離子的可交換性，衍生出一大類功能材料，在醫(yī)藥、吸附、催化、電化學等領域得到了廣泛的應用。將稀土元素引入到水滑石結構中，制備的稀土摻雜水滑石材料在許多領域表現(xiàn)了出了潛在的應用價值。但是，在目前的研究中，稀土水滑石熒光材料的發(fā)光性能一般較弱，如何提高其發(fā)光性能成為解決其實際應用的一個關鍵。本文基于水滑石材料獨特的結構、性能及稀土離子優(yōu)異的發(fā)光性能

2、，采用水熱法和尿素均勻共沉淀法來制備了新型的稀土水滑石熒光材料，并研究了影響稀土離子發(fā)光的影響因素，探索了增強其發(fā)光性能的途徑。主要研究內容包括：
　　 ⑴以氨水為堿源，利用水熱法制備了銪摻雜的硝酸型鎂鋁水滑石前驅體，利用離子交換法將鉬酸根引入到水滑石的層間，制備了新型的稀土水滑石熒光材料。研究發(fā)現(xiàn)，銪離子取代了層板上鋁離子的位置，而鉬酸根離子成功的引入到水滑石的層間。離子交換后Mo/Al摩爾比約為0.4。離子交換前后，水滑石的

3、層間距從8.9 A增大到9.3 A。紅外和拉曼測試結果表明層間鉬主要以鉬酸根的形式存在于層間，少量的鉬酸根形成二聚體Mo2O72-。光致發(fā)光性能表征結果表明水滑石的熒光性能隨著銪離子摻雜含量的增加而增加，但是Eu3+/(Eu3++Al3+)=0.2時，生成的雜相氫氧化銪導致了熒光淬滅。在紫外光的激發(fā)下，鉬酸根將的吸收激發(fā)光的能量傳遞給層板上的銪離子，從而大大增強了銪離子的特征發(fā)光。
　　 ⑵以氨水為堿源，利用水熱法制備了鋱摻雜的

4、硝酸型鎂鋁水滑石前驅體，利用離子交換法將鎢酸根引入到水滑石的層間，制備了新型的稀土水滑石熒光材料。XRD、FT-IR、EDS測試結果表明鋱離子取代了層板上鋁離子的位置，而鎢酸根離子成功的引入到水滑石的層間，離子交換前后，水滑石的層間距從8.9A增大到10.2A。TEM結果表明鋱摻雜的硝酸型鎂鋁水滑石為前驅體呈片狀形態(tài)，規(guī)整度好，粒徑約為100nm。離子交換后，樣品保持了片狀形態(tài)，但是粒徑有減小的趨勢，約為30 nm。光致發(fā)光性能表征結果

5、表明在紫外光激發(fā)下，鎢酸根吸收激發(fā)光的能量，將吸收的能量傳遞給層板上的鋱離子，從而大大增強了鋱離子的特征發(fā)光。
　　 ⑶利用均勻共沉淀法合成了不同鋱摻雜含量的鎂鋁水滑石。研究發(fā)現(xiàn)，在合成鎂鋁水滑石的過程中，鋱離子的存在對樣品的形貌產生了很大的影響，隨著鋱離子摻雜濃度的增加，樣品的六邊形片狀結構逐漸消失，片層逐漸變薄，樣品尺寸逐漸減小。另外，在鋱離子的存在下，水滑石片也逐漸趨向插嵌在一起。光致發(fā)光性能表征結果表明，隨著鋱摻雜濃度的

6、增加，鋱離子的發(fā)射強度逐漸增加。研究了熱處理對樣品結構和性能的影響。隨著熱處理溫度的升高，鋱摻雜熒光水滑石先是在保持層狀結構的同時脫去層間結晶水，然后層板結構塌陷層板和層間離子分解，形成復合金屬氧化物，最終金屬氧化物發(fā)生固相轉變生成尖晶石結構。材料的熒光性能隨著熱處理溫度的升高先是減弱，然后逐漸升高，鋱離子的特征發(fā)光與摻雜的基質的結晶度有很大的關系，隨著晶體結晶度下降，晶體中存在更多的晶體缺陷，從而增加了非活性中心的濃度，導致了鋱離子的

7、熒光淬滅，不利于鋱離子的特征發(fā)光。
　　 ⑷利用尿素均勻共沉淀法合成的鋰鋱共摻雜的鎂鋁水滑石，XRD結果表明樣品具有較高的結晶度，鋰離子的共摻雜改變了水滑石的晶胞參數(shù)，同時ICP結果也進一步證實了鋰離子共摻雜于合成的水滑石中。SEM和TEM結果表明鋰離子的共摻雜對樣品的形貌并沒有產生很大的影響。在光致發(fā)光性能方面，當共摻雜少量的鋰離子時，鋱離子的特征發(fā)光發(fā)射強度明顯提高，但是當鋰離子的摻雜濃度繼續(xù)提高時，導致了鋱離子的熒光淬滅。