Tb3+和Mn2+离子共掺杂LaPO4的制备方法及其表征

2020-05-18毛微曦杨智超肖玉旋屈文欢

河北北方学院学报（自然科学版） 2020年1期

毛微曦，王童，李姝，杨智超，肖玉旋，屈文欢，魏珍

(河北北方学院理学院，河北张家口 075000)

0 引言

稀土发光材料由于其优异的物理和化学性能，在照明、显示、显像和探测等领域具有广泛应用价值[1-2]。稀土掺杂磷酸盐是21世纪各类荧光工程的支撑材料，由于其合成温度低、颗粒细、发光性能独特、发光范围广、发光性能高效稳定、安全无毒等优点[2-3]，广泛应用于照明、显示、显像、探测和激光等领域[4-5]。

稀土离子的发光特性，主要取决于稀土离子4f层电子的性质，随着4f层电子数的变化，稀土离子表现出不同的电子跃迁形式和丰富的吸收与发射光谱。在稀土离子中，Sc3+、Y3+、La3+呈现光学惰性，La3+的电子结构稳定不易被激发，同样呈现光学惰性。因此这几种稀土离子常用来作为掺杂其他发光稀土离子的基质材料[6]。从Ce3+到Yb3+的13种元素，它们在4f层电子中的未成对独立电子容易被激发由基态跃迁到激发态，从而产生发光效应[7]，且电子能级丰富，可产生不同颜色的光，因此含有稀土的无机化合物在光学领域得到广泛的应用。稀土掺杂材料的发光主要依靠4f层电子在f-d组态之间、f-f组态之内的跃迁以及配体向稀土离子电荷跃迁。电子在f-d之间的跃迁通常是电子在4fn-4fn-15d轨道间跃迁，其产生的光寿命较短且发光带宽较宽，这类稀土离子有Eu2+、Ce3+和Yb2+等。

过渡金属离子电子组态为dn，可以作为发光材料的激活剂。又由于过渡金属离子具有非满壳层结构，从基态到激发态能级之间的能隙相当于1个光子的能量，因此在一定的环境下，过渡金属离子被激发后可以产生发光现象。但过渡金属离子的3d电子层裸露在外层，这与稀土离子的电子结构极大不同，因此其发光光谱也与稀土离子发射的锐线光谱不同，通常情况下过渡金属离子发光光谱是宽带且其发光性能受到外界晶体场影响较大[8-9]。

当前阶段，关于稀土磷酸盐的研究很多，在稀土磷酸盐发光材料结构的合成与表征及荧光性能研究等各个方面都已经有了很大的进展。但是该材料探索改变发光材料的发光效率、发光的稳定性能、发光色度的可调性及影响机制等的相关应用研究还有待深入。同时，未发现有过渡金属离子与铽共掺杂稀土正磷酸盐发光材料的相关报道。因此，课题组合成过渡金属离子Mn2+与铽共掺杂稀土正磷酸盐发光材料，通过X射线衍射、红外光谱、荧光光谱和热重分析等测试方法来筛选一种发光性能优秀的新型共掺杂磷酸盐发光材料。

1 实验

1.1 仪器与试剂

1.1.1 设备

分析天平FA1204B 郑州南北仪器设备有限公司

超纯水机JYEC-10 北京嘉远环保科技有限公司

恒温加热磁力搅拌器DF-101S 郑州生化仪器有限公司

实验室pH计PHSJ-3F 上海精密仪器仪表有限公司

电热恒温鼓风干燥箱DHG-9036A 天津市三水科学仪器有限公司

高速台式离心机GT16-3 北京时代北利离心机有限公司

X射线衍射仪DX-2500 丹东方圆仪器有限公司

1.1.2 试剂

六水合硝酸镧[La(NO3)3·6H2O，A.R.,北京百灵威有限公司]

六水合硝酸铽[Tb(NO3)3·6H2O，A.R.,北京百灵威有限公司]

磷酸二氢铵(NH4H2PO4，A.R.,北京百灵威有限公司)

氢氧化铵(NH3·H2O，A.R.,北京百灵威有限公司)

硝酸(HNO3，A.R.,北京百灵威有限公司)

四水合硝酸锰[Mn(NO3)3·4H2O，A.R.,北京百灵威有限公司]

溴化钾(KBr，S.P.,国药化学试剂有限公司)

1.2 实验步骤

1.3 LaPO42%Tb3+,X%Mn2+样品的表征

使用DX—2500X型X射线衍射仪(X-ray powder diffractometer,XRD)对LaPO4∶2%Tb3+,X%Mn2+样品进行物相分析，联机采集XRD数据，测试条件为铜靶，管流电压40 kV，工作电流30 mA，扫描步宽0.02°，扫描速度0.1 sec/step，扫描2θ范围为5°～90°；对所检测的数据采用MDI Jade 6.5进行分析；采用FL-4600型荧光光谱仪分析样品的荧光性能，以Xe灯做激发源室温测试；以溴化钾(KBr)作为红外光谱压片填充剂，使用FTIR-650红外光谱仪在4 000～400 cm-1测定配合物的红外光谱，收集红外光谱数据；采用PTC-10ATG-DTA热重差热分析仪对样品进行热分析，升温速率为10 ℃/min，氮气气氛。