硫化镧(La2S3)微晶的制备、结构及性能研究

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由于稀土硫属化合物在超导器件、冷阴极器件、电流控制器件、光电器件、热释电器件等方面的潜在应用,稀土硫属化合物得到了广泛的研究。近几年为了高温应用,人们集中的研究新型半导体材料,包含稀土金属和其硫属化合物。硫化镧有三种晶型(α,β,γ-La2S3)。硫化镧存在于两种结晶变型:低温相(α)是正交相而高温相立方相(γ)可以在温度高于1000℃时制备。中间的四方相(β)实际上是硫氧化物(La10S14O1-xSx,0<x<1),它是一部分的氧原子取代了硫原子,氧原子来稳定四方相。在结构上,每个镧原子和其周围的8个硫原子形成十二面体,相邻之间共面或共线。β-La2S3通常用来做荧光剂,γ-La2S3是一种潜在的新颜料。本文采用微波水热法制备了La2S3微晶,研究了工艺因素对制备La2S3微晶的影响,并尝试用声化学法及水热法制备La2S3微晶。以声化学法制备La2S3微晶时,研究了实验原料、不同前驱液pH值、不同反应温度、不同S/La物质的量比等工艺因素对样品物相组成的影响。采用X射线衍射仪(XRD)对样品的物相组成进行表征;采用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的微观形貌。研究发现超声功率为500W,反应温度为70℃,S/La物质的量比为3/2,溶液的pH值为6.0时,可以得到XRD峰值较强的La2S3微晶;实验中很多反应条件的XRD分析能得到La2S3,但是总会出现La2O3的叠加峰,通过对样品的XPS分析得到样品主要为La2S3微晶,包含有少量的La2O3微晶。以微波水热法制备La2S3微晶时,研究了实验原料、不同前驱液pH值、不同S/La物质的量比、不同La3+离子浓度、不同反应温度、不同反应时间等对制备La2S3微晶的影响。采用X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的物相组成、元素组分及元素存在价态进行表征;采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察样品的微观形貌;采用紫外-可见-近红外光谱仪(UV-VIS-NIR)和光致发光光谱仪(PL)对样品的光学性能进行了表征。研究发现硫源及前驱液的pH值对于物相的影响很大,以氯化镧(LaCl3·7H2O)为镧源,以硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O)为硫源时,当前驱液pH值为3.08.0时能得到β-La2S3微晶;当前驱液pH值为6.0、S/La物质的量比为6/3、La3+离子浓度为0.3mol/L、反应温度为140℃、反应时间为40min时,得到了结晶良好、粒径均一的La2S3微晶,此时的样品由纳米薄片自组装而成,有较好的紫外光吸收特性。通过控制工艺因素可实现样品由发射蓝色光到紫色光的转变。以水热法制备La2S3微晶时,研究了不同前驱液pH值、不同反应温度对样品物相组成的影响。采用X射线衍射仪(XRD)对样品的物相组成进行表征,表明以氯化镧(LaCl3·7H2O)为镧源,以硫代乙酰胺(CH3CSNH2)为硫源时得到了γ-La2S3微晶(立方相)。
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