基于离子液体的稀土荧光纳米材料的合成、表征及性质研究

【摘要】： 本论文主要介绍了基于离子液体为介质合成稀土氟化物复盐、稀土氧化物及稀土氟氧化物等发光基质材料,并利用多种表征手段和测试方法对产物物相、尺寸和形貌进行了系统表征,根据实验结果提出了纳米晶可能的生长机理,并考察了稀土离子掺杂型发光材料的结构与光学性能之间的关系。具体研究内容和结果归纳如下： (1)离子液体的合成 通过两步合成法,制备了三种咪唑类离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)盐([BMIM][Tf2N])1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐([C16MIM]Br)以及1-十六烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰亚胺)盐([C16MIM][Tf2N]),并借助元素分析、质谱、核磁共振等表征手段对离子液体进行了分析,证明了通过该法可成功制得目标离子液体。 (2)离子液体中稀土上转换纳米晶的微波辐射合成及光学性能研究 采用微波辐射法,成功地在离子液体BMIMBF4中合成了立方相NaYF4纳米球,并通过X-射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射等表征手段对其相态、结构、形貌、尺寸进行了分析,研究发现这些纳米球是由许多小的纳米颗粒自组装形成的。通过调节前躯体的加入量,还可获得直径大小不同的纳米球。通过使用不同的反应前躯体或离子液体进行对比实验,证明了在NaYF4纳米球形成的过程中,含氟离子液体BMIMBF4不仅起到了溶剂和微波吸收剂的作用,还为NaYF4的形成提供了必不可少的氟源,而且离子液体的粘度对纳米球的形成也起到了至关重要的作用。 本文还对不同离子液体中合成的NaYF4：Yb,Er和NaYF4：Yb,Tm的上转换发光性质进行了对比研究,并且考察了不同的稀土离子掺杂比例、不同的纳米球直径以及不同合成方法对所得的NaYF4：Yb,Er和NaYF4：Yb,Tm上转换发光性质的影响。结果表明,采用微波辐射法在离子液体BMIMBF4中合成的NaYF4纳米球可以作为很好的发光基质,而这种基于离子液体为介质的微波辐射法也可作为一种新型的绿色合成方法应用于其他纳米材料的合成中。 (3)稀土氧化物和稀土氟氧化物的溶剂热合成及光学性质研究 通过离子热法在[C16MIM][Tf2N]中合成了立方相Y2O3,采用X-射线粉末衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段对其相态、结构、形貌、尺寸进行了分析,并且考察了不同反应温度及反应时间对Y2O3：Eu的形貌以及发光性质的影响,结果表明在220℃下反应24 h所得到的Y2O3：Eu,其结构是由三个长方形片共轴连接而成,而且与其他条件下合成的样品相比,该条件下所得的样品具有更好的发光性质。 本文还采用溶剂热法合成了一系列立方相稀土氟氧化物(REOF),通过透射电子显微镜及扫描电子显微镜证明了这些稀土氟氧化物呈纳米管状结构。然后对YOF：Eu3+和YOF：Tb3+的发光性质进行了研究,结果表明,采用此法合成的稀土氟氧化物也可作为一种很好的发光基质材料。