稀土共掺杂草酸盐的制备及发光性能研究文献综述
2020-06-09 22:42:33
文 献 综 述
稀土元素作为高科技中极为重要的原材料,受到社会各界的广泛关注;如今已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域,应用稀土材料可生产如:荧光材料、稀土金属氢化物电池材料、电光源材料、永磁材料、储氢材料、催化材料、精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁光存储材料、光导纤维材料等。已然成为科技发展关注的焦点。
稀土元素由ⅢB族中镧系元素和钇/钪组成,共17种元素。镧和铈→镥(Lu)的15个元素属镧系元素在同一格内,其元素的性质极为相似。而钇和钪原子由于半径接近于镧并且在镧系元素离子半径递减顺序中间,使得钇/钪和镧系元素的化学性质相似。稀土元素原子价电子层结构有以下几个明显的特点:首先,最外层的ns2 电子与元素周期表中s 区元素的价电子层结构极为相似,故科学家定义稀土元素为典型的金属元素,而且更有一些稀土金属是非常活泼的金属;其次,稀土元素的次外层(n-1)d0-1(n-1)s2(n-1)p6 结构,在稀土原子失去ns2 或(n-1)d 电子时,原子继而形成较为稳定的(n-1)s2(n-1)p68 电子结构,这样稀土元素也就主要呈现最为常见的RE3 离子;再次,稀土元素的次次外层4f0-14(Sc 和Y 除外),当4f 轨道接近或处于全空、半满或全满状态时原子结构是稳定的,因此稀土元素化合价除了 3价以外还有 2 和 4 这两个常见的较稳定价态。由于稀土元素具有相同的外层电子结构和相近的4f 电子能级,致使稀土元素化合物往往表现出相似的物理性质以及化学性质。
我国在稀土方面的研究和应用相比于美国、欧洲和日本都有一定的差距。稀土的研究和应用也就成为科研人员面临的机遇和挑战。其中,稀土离子掺杂的发光材料受到越来越多研究者的重视,这是由于该类材料在光电纳米器件、照明、闪烁器、激光器、生物荧光标记等领域具有潜在的应用前景。稀土元素发射特征荧光前, 必须吸收能量使其成为激发态, 从激发态回到基态时, 才能发射荧光。稀土元素可以吸收的光源有多种, 因此, 稀土荧光材料按致光能源分类, 分为光致荧光材料、电致荧光材料、力致荧光材料, 以及紫外光、X一射线、可见光等。【1】 稀土离子由于其存在丰富的梯状亚稳态4f 能级,它们的4f电子处在内层,受到外层5s5p电子的屏蔽,易于实现f-f跃迁。发光谱带窄,色纯度高,并且强度很高,发光性能独特。目前,稀土离子发光谱覆盖了可见光各个波段。铕Eu ( Ⅲ)有机配合物在紫外线照射下发出强的红光,铽 Tb ( Ⅲ)有机配合物在紫外线照射下发出强的绿光。 [2-4 ]
近年来,稀土发光材料的研究主要集中在稀土离子掺杂的无机化合物纳米材料方面,稀土发光配合物方面的研究相对较少。在将稀土离子引进到高分子时,大多数的科研工作者均是采用掺杂法制备高分子材料 [5]。掺杂不失是一种简便、适用性广和实用性强的方法 。[6-7]基于配位化学和晶体工程的基本原理,选择合适有机配体(草酸)及适当稀土离子(铕/铽),优化合成具有预期结构的目标配合物分子,以其为主体,并进行其他稀土离子掺杂而构成共掺杂稀土配合物分子晶体,实现配合物发光的个性化调控,在丰富稀土发光材料种类及发光性能改进方面仍有较大的研究价值。
水热法(Hydrotherma1),是合成配合物的一类重要的方法,它是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热,加压(或自生蒸气压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行合成与材料处理的一种有效方法。[8-11]
该法简单易操作,是一类重要的合成方法。其程序主要为:
(1)选择反应前驱物,确定反应前驱物的计量比。
(2)摸索前驱物加入顺序,混料搅拌。
(3)装釜、封釜、置人烘箱。