熒光材料La2O3:Eu的制備及表征

金夢蝶，呂芳瑩，胡 強，王蒙蒙，劉 琳，李可心

（赤峰學院 化學化工院，內蒙古 赤峰 024000）

1 前言

我國的稀土儲量居世界第一，因此稀土作為我國能源的一個重要來源，多年來稀土化合物的發光性能研究一直受到重視.稀土化合物在如今的化學領域具有十分長遠的研究意義，是發光材料的一個重要來源，并且稀土化合物具有其高效的物理、化學性能，因此也應用于高分子材料.不僅如此，稀土化合物在科研領域涉及冶金、農業、醫學、石油化工等各個行業，故稀土化合物在如今的社會發展中有著重大意義.

合成稀土化合物的方法有很多中，其中張曼在《水熱合成三棱柱形Y2O3:Eu及發光性質研究》、潘小青等在《稀土發光材料的水熱法合成及其發光強度》等文章中都提及到一種方法，即水熱法[1-4].它因為操作簡單、可控制其組成及其純度的優點，因此成為合成稀土金屬化合物的一個重要實驗方法.水熱法指以水溶液為體系，在一個密閉反應器中，將體系加熱，使其在高溫高壓下反應，進而制備材料.李強等學者在無機材料學報發表的《納米Y2O3:Eu3+的熒光特性》以及朱國賢等發表的《YF3:Eu3+的水熱合成和發光性質》都提及到稀土金屬銪[5-6]，將銪摻雜氧化鑭納米熒光材料的合成條件，王雪嬌等在《銪摻雜氧化鑭納米熒光材料的水熱合成及性能表征》[7]中也提及到.結果需要通過紅外光譜、熒光光譜分析等方式對產物進行表針.莎仁等在《球形La2O3：Eu納米晶的制備及其發光特性》中提及球形La2O3：Eu納米晶[8-10]具有獨特的發光性能，因此在研究該化合物制備過程中，對最佳反應條件的探究顯得尤為重要，并最終得出最佳實驗條件.

在探究稀土化合物La2O3：Eu合成過程中的最佳條件，應該采用控制變量法，從濃度、溫度、pH值等方面入手，最終得到最佳的合成條件.本文是通過研究上述條件對稀土金屬的合成的影響，進而得出最佳實驗條件.

2 實驗部分

2.1 實驗儀器

電熱恒溫鼓風干燥箱，101FAB-1型，上海樹立儀器儀表有限公司；

馬弗爐，SX2-4-13型，上海一恒科技有限公司；

傅立葉變換光譜儀，IS5型；

熒光分光光度計，F96型；

800離心機，上海宇隆儀器有限公司；

pH計，PHS-2F型，上海儀電科學儀器股份有限公司；

粉末壓片機，FW-4A型，天津市拓普儀器有限公司；

石英比色皿，上海海光光學元件廠；

恒溫調溫磁力攪拌電熱套，山東省菏澤市祥龍電子科技有限公司；

電子天平，TP-214型，北京賽多利斯儀器系統有限公司；

20mL反應釜若干；

以及100mL容量瓶2個 量筒1個 1mL移液管 2mL移液管 玻璃棒 滴管 針管 坩堝鉗 燒杯若干 坩堝若干.

2.2 藥品

氧化鑭（La2O3）分析純，瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心；

氧化銪（Eu2O3）分析純，瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心；

硝酸溶液，含量（65%—68%），葫蘆島市渤海化學試劑廠；

氨水，分析純，天津市河東區紅巖試劑廠；

無水乙醇，分析純，沈陽市華東試劑廠；

溴化鉀，天津市河東區紅巖試劑廠；

二次蒸餾水.

2.3 主要溶液的配制

2.3.1 硝酸鑭的配制（0.2mol/L）

用分析天平稱取氧化鑭白色粉末3.2560克于小燒杯中，用少量硝酸將其溶解，待其成為無色透明溶液，將所得溶液全部倒入100mL容量瓶中，并用二次蒸餾水定容.

2.3.2 硝酸銪的配制（0.2mol/L）

稱取氧化銪白色粉末3.5262克于小燒杯中，用硝酸將其溶解，并用電熱套微熱，使其變成無色透明溶液，將其全部倒入100mL容量瓶中，用二次蒸餾水將其定容.

2.4 合成La2O3:Eu的實驗步驟

2.4.1 不同配比合成La2O3:Eu

分別取硝酸鑭溶液3.00mL放入7個小燒杯中，再分別加入 0.20mL、0.30ml、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.90mL以及1.00mL硝酸銪與硝酸鑭混合，加入10.00mL的二次蒸餾水，用氨性緩沖液將其pH調到10.50，并且攪拌10分鐘(min)，此時溶液呈現不同的渾濁程度.將攪拌后的溶液轉移到反應釜中，并用二次蒸餾水洗滌燒杯，將其一并加入反應釜中.將反應釜放置于烘箱中，并且設置溫度為180℃.12小時(h)，將反應釜取出，待其自然冷卻后，用離心機將溶液分別用二次蒸餾水和無水乙醇各洗滌三次，然后將產品倒入濾紙槽中，放入烘箱，調節烘箱溫度為60℃.6h后，將產品轉移到馬弗爐中，設置溫度為900℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.4.2 不同pH環境合成La2O3:Eu

分別取4份3.00mL硝酸鑭溶液和0.50mL硝酸銪溶液于4個小燒杯中，再分別加入10.00mL二次蒸餾水，用氨性緩沖溶液分別將混合溶液的pH值調節到 8.57、9.17、10.01 以及 10.45，并攪拌10min，此時溶液呈現不同的渾濁程度.將攪拌后的溶液轉移到反應釜中，并用二次蒸餾水洗滌燒杯，將其一并加入反應釜中.將反應釜放置于烘箱中，并且設置溫度為180℃.12h后，將反應釜取出，待其自然冷卻后，用離心機將溶液分別用二次蒸餾水和無水乙醇各洗滌三次，然后將產品倒入濾紙槽中，放入烘箱，調節烘箱溫度為60℃.6h后，將產品轉移到馬弗爐中，設置溫度為900℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.4.3 不同溫度下合成La2O3:Eu

分別取3份3.00mL硝酸鑭溶液和0.50mL硝酸銪溶液于3個小燒杯中，再分別加入10.00mL二次蒸餾水，用氨性緩沖溶液將混合溶液的pH值調節到10.45，并攪拌10min，此時溶液呈現相同的渾濁程度.將攪拌后的溶液轉移到反應釜中，并用二次蒸餾水洗滌燒杯，將其一并加入反應釜中.將反應釜放置于烘箱中，并且設置溫度為180℃.12h后，將反應釜取出，待其自然冷卻后，用離心機將溶液分別用二次蒸餾水和無水乙醇各洗滌3次，然后將產品倒入濾紙槽中，放入烘箱，調節烘箱溫度為60℃.6h后，將產品分別轉移到3個馬弗爐中，分別設置溫度為 700℃、800℃、1000℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.5 試樣表征

2.5.1 不同配比的紅外光譜檢測

由于配比的不合適，硝酸鑭3.00mL和硝酸銪0.20mL以及硝酸鑭3.00mL和硝酸銪1.00mL所得產物量特別少，無法進行表征.剩余的五組分別取出如下量進行紅外光譜的研究.

試樣的量(m L/m L) 3.0 0/0.3 0 3.0 0/0.5 0 3.0 0/0.6 0 3.0 0/0.7 0 3.0 0/0.9 0 L a 2 O 3:E u（g） 0.0 0 2 3 0.0 0 2 2 0.0 0 2 1 0.0 0 2 4 0.0 0 2 3溴化鉀量（g） 0.1 4 8 0 0.1 4 9 6 0.1 4 8 7 0.1 5 1 0 0.1 4 8 5

將產物和溴化鉀混合后放入瑪瑙研缽中研磨10min，然后將研磨后的產品在壓片機上進行壓片，將制成的片放入紅外檢測儀進行檢測.

2.5.2 不同pH環境下的紅外光譜檢測

分別取出如下量進行紅外光譜的研究.

p H 8.5 7 9.1 7 1 0.0 1 1 0.4 5 L a 2 O 3:E u（g） 0.0 0 1 8 0.0 0 2 4 0.0 0 2 3 0.0 0 2 2溴化鉀的量（g） 0.1 5 2 9 0.1 5 3 0 0.1 4 9 0 0.1 5 2 2

將產物和溴化鉀混合后放入瑪瑙研缽中研磨10min，然后將研磨后的產品在壓片機上進行壓片，將制成的片放入紅外檢測儀進行檢測.

2.5.3 不同溫度的紅外光譜檢測

分別取出如下量進行紅外光譜的研究.

溫度 7 0 0℃ 8 0 0℃ 1 0 0 0℃L a 2 O 3:E u（g） 0.0 0 2 3 0.0 0 2 1 0.0 0 2 1溴化鉀的量(g) 0.1 5 2 6 0.1 5 3 0 0.1 5 0 8

將產物和溴化鉀混合后放入瑪瑙研缽中研磨10min，然后將研磨后的產品在壓片機上進行壓片，將制成的片放入紅外檢測儀進行檢測.

2.5.4 熒光檢測

取3.00mL硝酸鑭溶液和0.50mL硝酸銪溶液于1個小燒杯中，再加入10.00mL二次蒸餾水，用氨性緩沖溶液將混合溶液的pH值調節到10.45，并攪拌10min，然后將此溶液轉移到比色皿中，用可見分光光度計進行檢測，波長范圍為400-660nm.

3 實驗結果與討論

3.1 紅外光譜圖

3.1.1 不同配比的紅外光譜圖

首先討論不同配比對生成物的影響，如下5幅圖片分別是當硝酸鑭為3.00mL硝酸銪分別為0.30mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.90mL 的紅外譜圖，如圖1-5.

圖1 鑭銪比為10：1紅外譜圖

圖2 鑭銪比為6：1紅外譜圖

圖3 鑭銪比為5：1紅外譜圖

圖4 鑭銪比為4：1紅外譜圖

硝酸鑭和硝酸銪的配比對樣品的性質起著重要作用，從圖1到圖5分別是在pH、溫度等其他實驗參數保持不變的條件下，兩種物質不同配比的紅外譜圖.對比幾組紅外譜圖，分析在波數為2000cm-1和3500cm-1處的兩組峰的峰型，可以得出當取硝酸鑭3.00mL和硝酸銪0.50mL的時候，及當兩種物質的配比為6：1時候，峰型最好，產品最好.

3.1.2 不同pH值的紅外譜圖

然后討論不同pH值對生成物的影響，如下圖6-9分別是當 pH 值為 8.57、9.17、10.01、10.45的紅外譜圖

圖5 鑭銪比為3：1紅外譜圖

樣品在不同pH環境下，其性質也不同，圖6-9分別是在配比、溫度等其他實驗參數保持不變的條件下，樣品在不同pH環境下的紅外譜圖，對比幾組紅外譜圖，可以分析波數在2000cm-1和3500cm-1左右處的峰值，我們可以清晰地看出樣品在pH為10.45時候，峰型最好.

圖6 pH值為8.57的紅外譜圖

圖8 pH值為10.01的紅外譜圖

圖9 pH值為10.45的紅外譜圖

圖10 溫度為700℃紅外譜圖

圖11 溫度為800℃紅外譜圖

圖12 溫度為900℃紅外譜圖

3.1.3 不同溫度的紅外譜圖

最后討論不同溫度對生成物的影響，圖10-13分別是當溫度為 700℃、800℃、900℃、1000℃時候的紅外譜圖.

樣品在不同溫度的條件下，其性質也不同，圖10-13分別是在配比、pH值等其他實驗參數保持不變的條件下，樣品在不同溫度條件下的紅外譜圖.對比幾組紅外譜圖，可以分析波數在2000cm-1和3500cm-1左右處的峰值，我們可以清晰地看出樣品在溫度為900℃時候，峰型最好.

圖13 溫度為1000℃紅外譜圖

3.2 熒光光譜

在400-660nm波長范圍內，對產物進行熒光譜圖的分析結果如圖14所示，可以發現產物La2O3:Eu是有熒光性的，并且在518nm處有明顯的峰值.其發光源于Eu3+離子的4f電子能級間的躍遷.

圖14

4 實驗結論

在制備La2O3:Eu的過程中，對實驗條件進行探究.實驗結果表明，反應物不同配比對產物有較大的影響，最終得出當硝酸鑭和硝酸銪的配比為6:1、pH值為10.50、溫度為900℃產品的紅外光譜圖最好.因此制備稀土化合物La2O3:Eu時候硝酸鑭和硝酸銪的配比為6:1，pH值控制在10.50，溫度控制在900℃所得產品最好.