幾種離子摻雜Zn2GeO4的發(fā)光和光催化性能研究.pdf

1、鍺酸鋅(Zn2GeO4)是一種自激發(fā)藍(lán)色熒光粉，因其擁有適宜的電導(dǎo)率和較高的穩(wěn)定性而被認(rèn)為是一種潛在的光發(fā)射器件基質(zhì)材料，此外該材料還擁有良好的的光催化性能。近年來大量報(bào)道稱某些離子摻雜Zn2GeO4可以成為長余輝發(fā)光材料，如Zn2GeO4:Eu; Zn2GeO4:Mn2+等，Zn2GeO4基質(zhì)本身幾乎不能觀察到長余輝現(xiàn)象，但迄今為止關(guān)于改善Zn2GeO4基質(zhì)長余輝發(fā)光的報(bào)道還比較少。我們知道在無機(jī)半導(dǎo)體材料晶體中引入陷阱能級是提升材料

2、物理性能和開發(fā)新功能的一種有效方式，而離子摻雜被認(rèn)為是在材料合成中引入陷阱的常用手段。考慮到Ti4+、Si4+離子和Ge4+離子具備相等的電荷量和相近的離子半徑，我們希望通過Zn2GeO4基質(zhì)中摻雜Ti4+、Si4+離子的方式引入陷阱能級，分析Ti4+、Si4+離子摻雜對Zn2GeO4基質(zhì)長余輝發(fā)光性能的影響。此外，我們分析了稀土離子Eu3+摻雜對Zn2GeO4:Mn2+長余輝和光催化性能的影響，討論了長余輝和光催化性能之間的聯(lián)系。

3、r>　　通過高溫固相法合成了Zn2GeO4和Zn2Ge1-xO4:xTi4+(x=3％,5%,10%)系列粉末樣品，并通過X射線粉末衍射來表征他們的結(jié)構(gòu)。通過激發(fā)譜，發(fā)射譜和余輝衰減曲線來表征Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉的光致發(fā)光性能和長余輝發(fā)光性能。在Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉中能夠觀察到與Zn2Ge1-xO4基質(zhì)一致的發(fā)光峰，并且其長余輝發(fā)光性能得到顯著提升，說明Ti4+離子摻雜能夠延長基質(zhì)材料的余輝時(shí)間。樣品

4、材料的熱釋光譜表明Ti4+離子摻雜能夠增加材料的陷阱濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉中Ti4+離子替代Ge4+位置會引入新的陷阱能帶，由于Ti4+光還原成Ti3+過程中需要捕獲電子使得該陷阱能帶是作為電子陷阱中心而存在。這個(gè)靠近基質(zhì)導(dǎo)帶底的陷阱能帶能夠捕獲電子而阻礙電子與空穴復(fù)合，從而延長樣品的長余輝發(fā)光時(shí)間。
　　通過高溫固相反應(yīng)法成功合成Zn2GeO4和Zn2SixGe1-xO4(x=0.2,0.4,

5、0.6)系列樣品。樣品的X射線衍射圖表明Si4+離子摻雜并沒有改變Zn2GeO4的晶體結(jié)構(gòu)，而是使得樣品的衍射峰往高角度移動(dòng)，說明Si4+離子摻雜會替換Ge4+晶格位置而發(fā)生晶格收縮。樣品的激發(fā)譜和發(fā)射譜隨著Si4+離子摻雜濃度的增加均發(fā)生明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，這可能與Si4+離子替代Zn2GeO4晶體中的Ge4+位置而發(fā)生晶格局部扭曲有關(guān)。樣品的吸收譜表明Si4+離子摻雜濃度的增加，樣品的禁帶寬度得到增加。熱釋光曲線表明Si4+離子摻雜能夠

6、在Zn2SixGe1-xO4系列樣品中引入新的陷阱能級。這些能夠儲存并傳遞能量的陷阱中心有助于延長樣品的長余輝發(fā)光時(shí)間。
　　通過高溫固相反應(yīng)合成得到的Zn2GeO4:Mn2+, Eu3+樣品粉末。通過X射線粉末衍射和掃描電子顯微鏡分別表征樣品粉末的物相結(jié)構(gòu)和形貌。Eu3+離子的摻雜使得合成樣品的光催化性能和長余輝性能得到顯著提高。熱釋光曲線表明Zn2GeO4:Mn2+, Eu3+樣品的陷阱濃度發(fā)生大幅度增加，這是Eu3+離子的摻