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(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，一直受到了人們的廣泛關(guān)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(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將稀土元素引入到水滑石結(jié)構(gòu)中，制備的稀土摻雜水滑石材料在許多領(lǐng)域表現(xiàn)了出了潛在的應(yīng)用價(jià)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(shí)際應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。本文基于水滑石材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、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(lái)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(qiáng)其發(fā)光性能的途徑。主要研究?jī)?nèi)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(qū)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(cè)試結(jié)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(jié)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(shí)，生成的雜相氫氧化銪導(dǎo)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(qiáng)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(qū)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(cè)試結(jié)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(jié)果表明鋱摻雜的硝酸型鎂鋁水滑石為前驅(qū)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(shì)，約為30 nm。光致發(fā)光性能表征結(jié)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(qiáng)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(guò)程中，鋱離子的存在對(duì)樣品的形貌產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)果表明，隨著鋱摻雜濃度的

6、增加，鋱離子的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增加。研究了熱處理對(duì)樣品結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的同時(shí)脫去層間結(jié)晶水，然后層板結(jié)構(gòu)塌陷層板和層間離子分解，形成復(fù)合金屬氧化物，最終金屬氧化物發(fā)生固相轉(zhuǎn)變生成尖晶石結(jié)構(gòu)。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(zhì)的結(jié)晶度有很大的關(guān)系，隨著晶體結(jié)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(dǎo)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(jié)果表明樣品具有較高的結(jié)晶度，鋰離子的共摻雜改變了水滑石的晶胞參數(shù)，同時(shí)ICP結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了鋰離子共摻雜于合成的水滑石中。SEM和TEM結(jié)果表明鋰離子的共摻雜對(duì)樣品的形貌并沒(méi)有產(chǎn)生很大的影響。在光致發(fā)光性能方面，當(dāng)共摻雜少量的鋰離子時(shí)，鋱離子的特征發(fā)光發(fā)射強(qiáng)度明顯提高，但是當(dāng)鋰離子的摻雜濃度繼續(xù)提高時(shí)，導(dǎo)致了鋱離子的熒光淬滅。