釩酸鹽納米發(fā)光材料和鈦酸鉍系光催化薄膜的制備及性能研究.pdf

1、論文分為兩部分。第一部分是釩酸鹽納米材料的制備、表征及發(fā)光性能研究，這是我們研究的主要內(nèi)容；第二部分是鈦酸鉍系薄膜的制備、表征及光催化性能研究。 發(fā)光材料是重要的功能材料之一，在照明、顯示、熒光探測(cè)、光電器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，納米發(fā)光材料由于顯示出許多體塊材料所不可比擬的新的光學(xué)特性而成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。釩酸鹽具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但對(duì)其熒光性能的研究相對(duì)較少，在本論文中，我們采用不同

2、的合成方法制備了釩酸鹽納米發(fā)光材料，并系統(tǒng)地研究了其發(fā)光性質(zhì)，以尋求具有高性能的新型發(fā)光材料。 在第一章中，我們簡(jiǎn)單闡述了固體發(fā)光理論，對(duì)納米材料的基本性質(zhì)、納米發(fā)光材料的制備方法、納米發(fā)光材料的特性進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)釩酸鹽發(fā)光材料的研究概況進(jìn)行了總結(jié)。 隨著新型平板顯示器的發(fā)展，要求具有更高發(fā)光效率、更純發(fā)光顏色的發(fā)光材料，以稀土釩酸鹽為基質(zhì)的發(fā)光材料性能優(yōu)良，因而引起人們較大的研究興趣。在第二章中，我們采用沉淀法、

3、燃燒法制備了以稀土釩酸鹽(YWO<,4>、LavO<,4>)為基質(zhì)的納米發(fā)光材料，并研究了其發(fā)光性質(zhì)。①首次采用檸檬酸為燃料/還原劑、硝酸鹽為氧化劑的溶膠．凝膠燃燒法成功制備了不同尺寸的YVO<,4>∶Eu<'3+>納米晶，并系統(tǒng)研究了制備參數(shù)，如退火溫度、檸檬酸/硝酸鹽的摩爾比及硝酸鋰添加劑的量，對(duì)YgO<,4>∶5mol﹪Eu<'3+>納米顆粒發(fā)光性質(zhì)的影響。研究表明，YVO<,4>∶Eu<'3+>納米晶的發(fā)光強(qiáng)度隨退火溫度的升高而

4、升高，這表明在納米尺寸范圍內(nèi)高的退火溫度對(duì)發(fā)光強(qiáng)度是有利的；檸檬酸/硝酸鹽的摩爾比是影響YVO<,4>∶Eu<'3+>納米晶的顆粒特征、發(fā)光強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，獲得最高發(fā)光強(qiáng)度的摩爾配比是5/2；共摻雜Li<'+>可以大大提高YVO<,4>∶Eu<'3+>納米晶的發(fā)光強(qiáng)度，同不加入Li<'+>的樣品相比，加入5mol﹪Li<'+>的樣品的發(fā)光強(qiáng)度增加了11倍。②采用沉淀法制備了YVO<,4>∶Eu<'3+>和YVO<,4>∶Eu<'3+

5、>，Mn<'2+>納米晶，研究表明，由于濃度猝滅的影響，當(dāng)Er<'3+>摻雜濃度為0.3mol﹪時(shí)，YVO<,4>∶Eu<'3+>樣品553nm主發(fā)光峰的發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)：隨著退火溫度的升高，顆粒的結(jié)晶度越來(lái)越好，YVO<,4>:Er<'3+><,0.003>樣品的發(fā)光強(qiáng)度越來(lái)越高；由于從Mn<'2+>到Er<'3+>存在著有效的能量傳遞，使得YVO<,4>:Er<'3+><,0.003>，Mn<'2+><,0.001>樣品的發(fā)光強(qiáng)度是YV

6、O<,4>:Er<'3+><,0.003>發(fā)光強(qiáng)度的1.5倍。③采用沉淀法制備了不同形貌及尺寸的LavO<,4>：Eu<'3+>納米晶，研究表明：反應(yīng)pH值是影響LaVO<,4>：Eu<'3+>納米晶的形貌及顆粒尺寸的重要因素，而形貌及顆粒尺寸的差異又導(dǎo)致LaVO<,4>：Eu<'3+>納米晶發(fā)光強(qiáng)度的不同；在LaVO<,4>：Eu<'3+>納米晶中，Eu<'3+>的熒光猝滅濃度為3mol﹪；由于存在Eu<'3+>→Dy<'3+>非輻射

7、能量傳遞，在LavO<,4>:Eu<'3+>納米晶中共摻進(jìn)Dy<'3+>后，Eu<'3+>的發(fā)光強(qiáng)度反而降低了。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的增多，對(duì)熒光粉體的需求量也急劇增加，而以各種稀土材料為基質(zhì)的熒光粉體的成本較高，這就需要尋找相對(duì)低廉的新材料來(lái)代替它們。由于堿土金屬釩酸鹽熱穩(wěn)定性高、結(jié)晶性和可見(jiàn)光透過(guò)性好，因此有可能是一種比較合適的發(fā)光基質(zhì)。在第三章中，首次采用檸檬酸溶膠．凝膠燃燒法成功制備了以堿土釩酸鹽(Ca<,3>(VP<,4>)<,2>、

8、Sr<,3>(VO<,4>)<,2>)為基質(zhì)的納米發(fā)光材料并研究了其發(fā)光特性。對(duì)于(Ca<,3>(VP<,4>)<,2>：Eu<'3+>發(fā)光材料，最佳退火溫度是750℃，此溫度下制備的(Ca<,3>(VP<,4>)<,2>：Eu<'3+>的發(fā)光強(qiáng)度略大于同樣的合成條件下制備的稀土釩酸鹽YVO<,4>：Eu<'3+>的發(fā)光強(qiáng)度；在Ca3(VO<,4>)<,2>基質(zhì)中，Eu<'3+>的猝滅濃度為6mol﹪；當(dāng)共摻Mn<'2+>時(shí)，由于存在E

9、u<'3+>→Mn<'2+>的能量傳遞，Eu<'3+>在Ca<,3>(VO<,4>)<,2>基質(zhì)中的發(fā)光強(qiáng)度急劇降低。對(duì)于Sr<,3>(VO<,4>)<,2>:Eu<'3+>發(fā)光材料，由于高的退火溫度導(dǎo)致顆粒的團(tuán)聚，Sr<,3>(VO<,4>)<,2>:Eu<'3+>的發(fā)光強(qiáng)度隨退火溫度的升高而降低；檸檬酸/硝酸鹽的摩爾比是影響Sr<,3>(VO<,4>)<,2>:Eu<'3+>的顆粒特征、發(fā)光強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，獲得最高發(fā)光強(qiáng)度的摩爾

10、配比是6/3；加入適量的硼酸助熔劑可以提高Sr<,3>(VO<,4>)<,2>:Eu<'3+>的發(fā)光強(qiáng)度，同不加入硼酸的樣品相比，加入5mol﹪硼酸時(shí)所制備樣品的發(fā)光強(qiáng)度增加了1.5倍。 由于材料的性能與形貌有很大的關(guān)系，因此設(shè)計(jì)能對(duì)材料的形貌進(jìn)行控制的合成方法一直是材料研究領(lǐng)域的重要課題。在第四章中，我們首次采用表面活性劑輔助的水溶液法制備了長(zhǎng)棒狀、近圓球狀等不同形貌及大小的Pb<,5>(VO<,4>)<,3>OH納米晶并對(duì)其

11、形成機(jī)理和發(fā)光特性進(jìn)行了研究。由于陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基二甲基芐基溴化銨(DDBAB)在溶液中所形成膠團(tuán)的形狀和大小、所帶電荷及立體化學(xué)性質(zhì)不同，造成在添加不同表面活性劑的溶液中所形成納米晶的形貌及大小不同。Pb5(V04)30H樣品位于601nm處的發(fā)光峰來(lái)源于鉛離子的<'3>P<,1>-<'1>S<,0>躍遷，而且晶粒的形態(tài)和大小影響到樣品的發(fā)光效率。在環(huán)境污染治理技術(shù)中，可以利用太陽(yáng)

12、能降解有機(jī)污染物的半導(dǎo)體光催化技術(shù)被認(rèn)為是凈化環(huán)境的技術(shù)革命。隨著全球性的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)新型半導(dǎo)體光催化劑和光催化劑的固載問(wèn)題日益成為人們的研究熱點(diǎn)。在第五章中，我們選擇鈦酸鉍系氧化物(Bi<,12>TiO<,20>、Bi<,4>Ti<,3>O<,12>、Bi<,2>Ti<,2>O<,7>)為研究對(duì)象，采用化學(xué)溶液分解法(CSD)制備了鈦酸鉍系列薄膜并研究了其光催化性能。①首次采用CSD法制備了具有高光催化活性的軟鉍礦型(Bi<

13、,12>TiO<,20>薄膜。研究表明，500℃退火15分鐘制備的涂膜層數(shù)為4的(Bi<,12>TiO<,20>薄膜光催化活性最高，紫外光照射2h后，其對(duì)甲基橙的降解率就高達(dá)94﹪。此外，CSD法制備的(Bi<,12>TiO<,20>薄膜具有較好的抗失活穩(wěn)定性，且在載玻片上附著性良好，顯示出極好的應(yīng)用前景。②制備了鉍系層狀鈣鈦礦型(Bi<,12>TiO<,20>和(BiLa<,x>)<,4>Ti<,3>O<,12>薄膜，并首次

14、系統(tǒng)研究了其光催化性能。研究表明，550℃退火15分鐘制備的4層Bi<,4>Ti<,3>O<,12>薄膜光催化活性最高。La<'3+>摻雜可以提高Bi<,4>Ti<,3>O<,12>光催化薄膜的活性，La<'3+>的最佳摻雜濃度是20at﹪。紫外光照射2h后，(Bi<,0.8>La<,0.2>)<,4>Ti<,3>O<,12>薄膜對(duì)甲基橙的降解率為83﹪。另外，XRD和AFM結(jié)果顯示La<'3+>在(Bi<,0.8>La<,0.2>)<

15、,4>Ti<,3>O<,12>薄膜的退火過(guò)程中起到晶粒生長(zhǎng)抑制劑的作用。③制備了燒綠石型：Bi<,2>Ti<,2>O<,7>薄膜和La摻雜的鈦酸鉍(BLT)薄膜，并首次系統(tǒng)研究了它的光催化性能。研究表明，550℃退火30分鐘制備的6層Bi<,2>Ti<,2>O<,7>，薄膜光催化活性最高；La<'3+>摻雜能促進(jìn)鈦酸鉍從燒綠石相到層狀鈣鈦礦相的相轉(zhuǎn)變，因此La<'3+>可被認(rèn)為是層狀鈣鈦礦相的穩(wěn)定劑；La<'3+>摻雜可以提高Bi<,2