稀土(氧)氟化物发光材料的形貌调控与发光机理的研究

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稀土发光材料具有谱带窄,色纯度高,吸收和转换效率高,荧光寿命范围宽和物理化学性能稳定等特点,已被广泛地应用于信息、照明、显示、显像等领域,然而对于新型的稀土荧光基质材料的探索以及荧光材料的化学组成、形貌、颗粒尺寸和发光性能的调控都逐渐成为无机发光材料研究的关键科学问题。目前,稀土离子或过渡金属离子掺杂的(氧)氟化物荧光材料的形貌及发光性能的研究一直受到广泛的关注。本论文利用水热法制备Mn2+掺杂的β-NaYF4:RE3+(RE=Eu,Ce)体系,通过调节络合剂的种类、pH值以及过渡金属Mn2+的浓度制备出多种形貌的β-NaYF4微/纳米晶体,包括中空微米棒,规整的六方微米柱状和六方纳米片等形貌。发现柠檬酸三钠(Cit3-)和pH值相较与Mn2+在微调形貌中起关键作用。在Mn2+,Eu3+共掺的β-NaYF4中,可以观测到激发和发射谱中Eu2+的f-d跃迁以及Eu3+的特征f-f跃迁,并通过XPS证明了基质中Eu2+的存在。Mn2+离子在Eu3+/Eu2+共掺杂NaYF4的可控发射中发挥关键作用。在Mn2+,Ce3+掺杂β-NaYF4中,随着Mn2+含量的增加,Ce3+的发射强度逐渐减弱,而Mn2+的发射强度逐渐增强,Ce3+和Mn2+之间存在能量传递,说明在β-NaYF4基质中,Ce3+可有效地促进Mn2+的橙绿光发射。氧氟化物结合了氟化物和氧化物的结构特性,是一种潜在的荧光基质材料,拓宽了含氟化合物的应用领域。本论文的另一部分工作主要针对Ln7O6F9:RE3+(Ln=Y,Lu;RE=Pr,Sm,Eu)微/纳米柱的形貌及发光性能的研究。无需额外的氟源,通过两步水热法成功制备了Ln7O6F9:RE3+微米棒。红外光谱和热重测试结果表明前驱体的组分为Ln(OH)1.69F1.31。Y7O6F9和Lu7O6F9的平均长度分别为6.8和7.9μm,直径约为650 nm,且在微米棒末端分别呈直线状和伞状。在紫外激发下,Ln7O6F9中的Pr3+,Sm3+和Eu3+离子显示特征f-f跃迁的蓝色,橙色和红色发射。此外,在Pr3+掺杂的Ln7O6F9中观察到Pr3+的4f15d1→4f2发射(340-450 nm)以及典型的4f2→4f2线状发射(450-700 nm)。对于Sm3+掺杂的Ln7O6F9,在没有电荷转移带的情况下观察到Sm3+的典型f-f跃迁。然而,在Eu3+掺杂的Ln7O6F9中观察到在255 nm处的宽带激发,其归因于Eu3+的电荷转移跃迁(O2-→Eu3+CT)。
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