檸檬酸—凝膠法合成Sr2CeO4：Dy3+的熒光光譜法測試

摘要：鈰酸鍶（Sr2CeO4）是一種具有一維鏈式結構的新型熒光基質材料。文章采用檸檬酸-凝膠法成功地合成了稀土Dy3+離子摻雜的Sr2CeO4熒光體（Sr2CeO4：Dy3+），并運用熒光光譜先進測試方法進行了表征。結果表明，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中存在著從基質到稀土Dy3+離子的能量傳遞；在Sr2CeO4基質中，Dy3+離子的猝滅濃度高達0.5mol%。

關鍵詞：檸檬酸-凝膠法；Sr2CeO4：Dy3+；熒光光譜法；熒光基質材料；固態組合化學方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH744 文章編號：1009-2374（2015）34-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.033

Sr2CeO4是E.Danieson等人于1998年采用固態組合化學方法發現的一種新型無機復合氧化物熒光體，1998年《Science》報道了這種新的一維鏈式結構的熒光體，自從Sr2CeO4這種新型一維鏈狀結構熒光體發現以來，人們考慮到該物質的寬帶吸收，如果將其作為基質，選擇合適的離子摻雜，有可能得到高效發光材料。正是基于這個指導思想，人們陸續嘗試了向Sr2CeO4中摻入其他一些金屬離子如Ca、Zr等非稀土離子和La、Eu等稀土離子，得到了一些有意義的研究結果。本文重點研究了將稀土Dy摻入Sr2CeO4后合成的熒光體的發光性能。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

Cary-eclipse型熒光光譜儀（PL），美國（狹縫寬度：5nm，電壓：400～600V，燈源：氙燈65W，掃描速度：600nm/min）。

Dy（NO3）3溶液（0.02mol/L）；Sr（NO3）2溶液（0.8mol/L）；Ce（NO3）3溶液（0.4mol/L）。

1.2 熒光體的合成

圖1 315nm激發下熒光體的發射光譜

采用檸檬酸-凝膠法，即先把原料Sr（NO3）2與、Ce（NO3）3，按2∶（1-x）的物質的量之比混合，摻入一定量（x mol）的Dy（NO3）3，加入一定量的二次蒸餾水，在磁力攪拌器上充分攪拌均勻。再加入檸檬酸等完全溶解后，用氨水和硝酸調節溶液的pH值，將所得溶液在水浴鍋中緩慢蒸發水分，成為透明凝膠，然后放在100℃烘箱內干燥2h，得干凝膠，再將其研磨粉碎后放于馬弗爐內于1000℃燒結2h，最終得到白色粉末狀樣品。

2 結果與討論

2.1 粉體發光顏色的考察

圖1是熒光體Sr2Ce1-xDyxO4（x=0.0025-0.05）的發射光譜。樣品在315nm紫外光激發下，出現Dy3+的特征譜線，發射分別為485nm（當濃度為0.25%、0.5%不明顯）和572nm，相應于4F9/2→6H15/2躍遷的藍光發射和4F9/2→6H13/2躍遷的黃光發射。4F9/2→6H13/2躍遷的黃光發射屬于超靈敏躍遷，受化學環境的影響較大，這說明Dy3+在晶格中格點的對稱性對Dy3+的發光顏色也有明顯的影響。還在藍區出現基質的寬帶發射，最大發射峰出現在477nm處，Dy3+在485nm處的特征譜線不明顯可能是由于基質出現較強的寬帶發射將Dy3+在485nm處的特征譜線掩蔽的結果。從圖1可以發現，在我們研究的濃度范圍內隨著Dy3+濃度的增加基質的藍光發射強度減小，Dy3+的黃光發射強度增加，參考文獻[4]指出當熒光體的藍光與黃光的強度比為某一范圍時，發射白光。因此，通過改變Dy3+濃度可調控熒光體的顏色。由圖1知，在Dy3+濃度≤0.5mol%時，熒光體的藍光發射強度比黃光強度大，所以我們可以找到發射白光的熒光體，通過研究發現Dy3+摻雜濃度約為0.5mol%時熒光體發射白光的效果最佳，熒光體的藍黃比為1.86∶1。

2.2 熒光體的激發光譜和發射光譜

Dy3+離子摻雜的Sr2CeO4熒光體采用檸檬酸-凝膠法合成，粉體為白色，粒徑微細，當摻雜量較大時，在紫外光照射下，發出較強的白色熒光。圖2和圖3分別是它的激發光譜和發射光譜。

由圖2可知，在572nm監控下，Sr2CeO4：Dy3+熒光體的激發光譜由兩部分組成：一個位于225～325nm波長范圍的寬帶激發峰來自基質吸收，這與參考文獻[5]介紹的Sr2CeO4熒光體的吸收峰波長范圍相吻合；另一個屬于Dy3+離子的f→f躍遷的銳線弱激發峰。從強度上看，寬帶激發峰遠比Dy3+離子的f→f躍遷的銳線譜強得多，這是因為Dy3+離子的f→f躍遷是禁戒的，所以吸收強度

較弱。

圖2 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的激發光譜

圖3 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的發射光譜

圖3是315nm波長紫外光激發下Sr2CeO4：Dy3++熒光體的發射光譜，光譜中出現兩個發射峰：一個不對稱的寬帶峰是基質Sr2CeO4的發射峰，發射譜從400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近。研究表明，它的發光不是來源于f→f或d→f電子躍遷，而是電荷轉移引起的，即電子從O2-的2p軌道到Ce4+的4f軌道的遷移導致的發光，具體來說是屬于Ce4+的t1g與f之間的躍遷，這里的t1g指的是六重配位的氧配體的軌道，而f是最低電荷轉移激發態；另一個572nm處的銳線峰為Dy3+的特征譜線，屬于4F9/2→6H13/2的超靈敏躍遷，485nm處的銳線峰可能與基質的發射相重疊。

3 結語

第一，Sr2CeO4：Dy3+熒光體的激發光譜由兩部分組成：一個位于225～325nm波長范圍的寬帶激發峰來自基質吸收；另一個屬于Dy3+離子的f→f躍遷的銳線弱激發峰。熒光體的發射光譜中出現兩個發射峰：一個不對稱的寬帶峰是基質Sr2CeO4的發射峰，發射譜從400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近；另一個572nm處的銳線峰為Dy3+的特征譜線，屬于4F9/2→6H13/2的超靈敏躍遷。

第二，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中Dy3+摻雜濃度約為0.5mol%時熒光體發射白光的效果最佳，熒光體的藍黃比為1.86∶1。

第三，Sr2CeO4：Dy3+熒光體中，存在著從基質到激活劑Dy3+離子的能量傳遞，至于能量傳遞機理有待進一步探討。

參考文獻

[1] Danielson E，Devenney M.，etal.A rare-earth phosphors containing one-dimensional chains identified through combinatorial methods[J].Science，1998，（279）.

[2] 張雷，洪廣言.一維結構中的發光特性[J].人工晶體學報，1999，28（2）.

[3] 黃曉華，郭鳳瑜.BaGdB9O16中Dy3+的發光和Ce3+，Gd3+對的能量傳遞[J].化學學報，1993，

（51）.

[4] 胡林學，段聶晶，宋功武，等.（Y，Zn，Sr）3（P，VO4）2：Dy3+的合成與發光性能[J].湖北大學學報（自然科學版），1995，17（2）.

[5] 賀香紅.Sr2CeO4及其摻雜納米發光材料的制備與法光性能研究[D].上海師范大學，2004.

[6] 郭鳳瑜，程紅，陳曉波.硼酸鎂中Ce3+、Gd3+對Dy3+發光的敏化作用[J].光譜學與光譜分析，1993，13（1）.

作者簡介：狄敬旭（1981-），男，甘肅靖遠人，江蘇省常州技師學院講師，碩士，研究方向：新型環保發光材料。

（責任編輯：黃銀芳）