稀土掺杂锡基烧绿石发光材料

本书以Eu3 、Ce3 和Tb3 等稀土离子掺杂的立方烧绿石结构La2Sn2O7、Y2Sn2O7 和Gd2Sn2O7等为研究对象， 利用绿色的水热合成手段，着重介绍烧绿石结构稀土锡酸盐微/纳米发光材料进行液相调控合成及其光学性能，并对微/纳米材料的物相结构、微观形貌、成核与生长规律和光学性能等进行了探索。全书共分为5章，第1章介绍了稀土掺杂发光材料的研究背景及烧绿石结构稀土锡酸盐的研究现状，第2章介绍了Eu3 掺杂La2Sn2O7微/纳米晶体的分步沉淀-水热合成法制备及其性能，第3章介绍了Ce3 、Tb3 掺杂/共掺杂La2Sn2O7纳米发光材料的共沉淀-还原水热合成法制备及其性能，第4章介绍了共沉淀-水热合成法及分步沉淀-水热法制备稀土掺杂Y2Sn2O7纳米发光材料及其性能，第5章介绍了稀土掺杂Gd2Sn2O7纳米发光材料的共沉淀-水热合成法制备及其性能。 

本书主要对La2Sn2O7∶Eu3 、Ce3 /Tb3 掺杂La2Sn2O7、稀土掺杂Y2Sn2O7、稀土掺杂Gd2Sn2O7烧绿石结构稀土锡酸盐微/纳米发光材料的合成及发光性能进行了介绍，主要包括物相结构、微观形貌、成核与生长规律及光学性能等。本书可供从事发光材料研究、生产及应用的各类技术人员参考。

第1章绪论001

1.1引言001

1.2发光与发光材料002

1.2.1发光与发光材料的定义002

1.2.2发光材料的分类002

1.2.3稀土发光材料003

1.2.4稀土发光材料的应用006

1.3烧绿石结构化合物及其晶体结构006

1.4烧绿石结构稀土锡酸盐的合成与性能研究进展009

1.4.1固相法009

1.4.2气相法011

1.4.3液相法011

第2章La2Sn2O7:Eu3 微/纳米晶体的合成和发光性能019

2.1引言019

2.2样品制备020

2.2.1原料与试剂020

2.2.2设备与装置021

2.2.3分步沉淀-水热法合成La2Sn2O7和La2Sn2O7:Eu3 微/纳米晶体021

2.2.4样品的表征和测试022

2.3La2Sn2O7:Eu3 微/纳米晶体的物相结构、成分与形貌特征023

2.3.1La2Sn2O7:Eu3 的物相结构特征及元素分析023

2.3.2La2Sn2O7:Eu3 的形貌特征027

2.4分步沉淀-水热合成工艺参数对产物物相结构的影响及La2Sn2O7:Eu3 物相的形成机理028

2.4.1反应物种类的影响028

2.4.2反应物比例的影响029

2.4.3反应物起始浓度的影响030

2.4.4沉淀剂种类的影响031

2.4.5pH值的影响032

2.4.6水热反应温度的影响033

2.4.7水热反应时间的影响034

2.4.8Eu3 掺杂量的影响035

2.4.9烧绿石结构La2Sn2O7物相的形成机理036

2.5产物的形貌及La2Sn2O7:Eu3 微/纳米晶体的形成机理040

2.5.1pH值的影响040

2.5.2水热反应时间的影响042

2.5.3反应物起始浓度的影响043

2.5.4水热反应温度的影响044

2.5.5不同形貌La2Sn2O7:Eu3 的形成机理045

2.6高温热处理对La2Sn2O7:Eu3 的物相结构与形貌的影响046

2.6.1高温热处理对La2Sn2O7:Eu3 的物相结构的影响046

2.6.2高温热处理对La2Sn2O7:Eu3 形貌的影响047

2.6.3La2Sn2O7:Eu3 的热重-差热分析048

2.7La2Sn2O7:Eu3 的光学性能049

2.7.1八面体状La2Sn2O7:Eu3 的傅里叶变换红外光谱分析049

2.7.2八面体状La2Sn2O7:Eu3 的拉曼光谱分析051

2.7.3La2Sn2O7和La2Sn2O7:Eu3 的室温激发光谱分析052

2.7.4La2Sn2O7和La2Sn2O7:Eu3 的室温发射光谱分析053

2.7.5Eu3 掺杂量对La2Sn2O7:Eu3 的光致发光性能的影响055

2.7.6形貌对La2Sn2O7:Eu3 的光致发光性能的影响058

2.7.7热处理温度对La2Sn2O7:Eu3 的光致发光性能的影响059

第3章Ce3 /Tb3 掺杂La2Sn2O7纳米晶体的合成和发光性能062

3.1引言062

3.2样品制备063

3.2.1原料与试剂063

3.2.2设备与装置063

3.2.3共沉淀-还原水热法合成Ce3 、Tb3 掺杂La2Sn2O7纳米晶体063

3.2.4样品的表征和测试064

3.3Ce3 、Tb3 掺杂/共掺杂La2Sn2O7纳米晶体的物相结构、成分与形貌特征064

3.3.1Ce3 、Tb3 掺杂/共掺杂La2Sn2O7的物相结构特征064

3.3.2Ce3 、Tb3 共掺杂La2Sn2O7的XPS分析065

3.3.3Ce3 、Tb3 掺杂/共掺杂La2Sn2O7的形貌特征069

3.3.4La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的热重-差热分析070

3.4共沉淀-还原水热合成工艺参数对产物的物相结构及形貌的影响071

3.4.1pH值的影响071

3.4.2水热反应温度的影响074

3.4.3水热反应时间的影响075

3.4.4表面活性剂和配合剂的影响076

3.4.5稀土离子掺杂量的影响080

3.4.6抗坏血酸的影响083

3.5Ce3 、Tb3 掺杂/共掺杂La2Sn2O7的光学性能084

3.5.1La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的傅里叶变换红外光谱分析084

3.5.2La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的拉曼光谱分析085

3.5.3La2Sn2O7:Tb3 的光致发光光谱分析085

3.5.4La2Sn2O7:Tb3 的发光动力学分析088

3.5.5La2Sn2O7:Ce3 的光致发光光谱分析088

3.5.6La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的光致发光光谱分析090

3.5.7La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的发光动力学分析092

3.5.8La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的能量传递过程092

3.5.9抗坏血酸对La2Sn2O7:Tb3 /Ce3 的光致发光性能的影响095

3.5.10不同形貌对La2Sn2O7:Tb3 的光致发光性能的影响097

3.5.11热处理对La2Sn2O7:Ce3 /Tb3 的光致发光性能的影响098

第4章稀土掺杂Y2Sn2O7微/纳米晶体的合成和发光性能099

4.1引言099

4.2样品制备100

4.2.1原料与试剂100

4.2.2设备与装置100

4.2.3共沉淀法-水热法合成Eu3 掺杂Y2Sn2O7纳米晶体100

4.2.4分步沉淀-水热法合成管状Tb3 掺杂Y2Sn2O7晶体101

4.2.5样品的表征和测试101

4.3共沉淀-水热法合成Y2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的物相结构、成分与形貌特征101

4.3.1Y2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的物相结构特征101

4.3.2Y2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的XPS分析103

4.3.3Y2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的形貌特征106

4.4共沉淀-水热法合成工艺参数对Y2Sn2O7:Eu3 物相结构的影响107

4.4.1pH值的影响107

4.4.2水热反应时间的影响110

4.4.3前驱体浓度的影响110

4.4.4Eu3 掺杂量的影响111

4.5高温热处理对Y2Sn2O7:Eu3 的物相结构与形貌的影响112

4.5.1高温热处理对Y2Sn2O7:Eu3 的物相结构的影响112

4.5.2高温热处理对Y2Sn2O7:Eu3 形貌的影响114

4.5.3Y2Sn2O7:Eu3 的热重-差热分析115

4.6共沉淀-水热法合成Y2Sn2O7:Eu3 的光学性能116

4.6.1Y2Sn2O7:Eu3 的傅里叶变换红外光谱分析116

4.6.2Y2Sn2O7:Eu3 的拉曼光谱分析117

4.6.3Y2Sn2O7:Eu3 的光致发光光谱分析117

4.6.4高温热处理对Y2Sn2O7:Eu3 的光致发光性能的影响119

4.7分步沉淀-水热法合成Y2Sn2O7:Tb3 微米晶体的物相结构与形貌特征121

4.7.1Y2Sn2O7:Tb3 微米晶体的物相结构特征122

4.7.2Y2Sn2O7:Tb3 微米晶体的形貌特征123

4.7.3不同形貌Y2Sn2O7:Tb3 微米晶体的形成机理124

4.8Y2Sn2O7:Tb3 的光学性能126

4.8.1管状Y2Sn2O7:Tb3 的傅里叶变换红外光谱分析126

4.8.2管状Y2Sn2O7:Tb3 的拉曼光谱分析127

4.8.3Y2Sn2O7:Tb3 的光致发光光谱分析127

第5章稀土掺杂Gd2Sn2O7纳米晶体的合成和发光性能130

5.1引言130

5.2实验部分130

5.2.1原料与试剂130

5.2.2设备与装置131

5.2.3共沉淀-水热法合成Eu3 掺杂Gd2Sn2O7纳米晶体131

5.2.4样品的表征和测试132

5.3共沉淀-水热法合成Gd2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的物相结构、成分与形貌特征132

5.3.1Gd2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的物相结构特征132

5.3.2Gd2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的XPS分析133

5.3.3Gd2Sn2O7:Eu3 纳米晶体的电镜分析137

5.4合成工艺参数对Gd2Sn2O7:Eu3 的物相结构的影响139

5.4.1pH值的影响139

5.4.2水热反应温度的影响140

5.4.3水热反应时间的影响141

5.4.4前驱体浓度的影响143

5.4.5Eu3 的掺杂量的影响144

5.5高温热处理对Gd2Sn2O7:Eu3 物相结构与形貌的影响144

5.5.1高温热处理对Gd2Sn2O7:Eu3 的物相结构的影响145

5.5.2高温热处理对Gd2Sn2O7:Eu3 形貌的影响146

5.5.3Gd2Sn2O7:Eu3 的热重-差热分析146

5.6Gd2Sn2O7:Eu3 的光学性能148

5.6.1Gd2Sn2O7:Eu3 的傅里叶变换红外光谱分析148

5.6.2Gd2Sn2O7:Eu3 的拉曼光谱分析149

5.6.3Gd2Sn2O7:Eu3 的光致发光光谱分析150

5.6.4高温热处理对Gd2Sn2O7:Eu3 的光致发光光谱的影响153

5.7Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的共沉淀-水热合成与性能156

5.7.1Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的XRD分析156

5.7.2Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的形貌分析157

5.7.3Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的FT-IR分析157

5.7.4Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的拉曼分析157

5.7.5Gd2Sn2O7:Tb3 纳米发光材料的荧光光谱分析158

参考文献161

近二十多年来，纳米材料以其奇特的物理和化学性质在全世界范围内正引起科研工作者的高度关注。但是，纳米材料的特性受晶体结构、维度和表面结构等的影响，因此，这些因素与发光性能之间的关系更是关注的焦点。在众多的纳米发光材料中，以烧绿石结构复合氧化物（Ln2Sn2O7, Ln = Y, La, Gd, Lu）为基质的稀土掺杂纳米发光材料在紫外光以及真空紫外光的激发下具有优异的发光性能，而且在恶劣工作环境下也具有很好的物理化学稳定性，因而在照明和显示等领域具有广泛的应用前景。烧绿石结构稀土锡酸盐纳米材料的发光性能与该材料的维度、尺寸、形貌和表面结构密切相关，通常采用高温固相合成法制备，但该方法很难获得纳米尺寸的烧绿石结构而影响到其在光学领域的应用。为了更好地对烧绿石结构稀土锡酸盐纳米材料的荧光特性进行研究和利用，必须开发新的合成方法，以获取特定尺寸、形貌、维度、单分散性的烧绿石结构稀土锡酸盐微/纳米材料，并探索其形成机制，深入研究物相结构、尺寸、形貌等与发光性能的关系，终实现烧绿石结构稀土锡酸盐发光材料在工业上的应用。本书以Eu3 、Ce3 和Tb3 等稀土离子掺杂的立方烧绿石结构La2Sn2O7、Y2Sn2O7 和Gd2Sn2O7等为对象，着重介绍烧绿石结构稀土锡酸盐微/纳米发光材料的物相结构、微观形貌、成核与生长规律及光学性能等。全书共分为5章，第1章介绍了稀土掺杂发光材料的发展与研究现状，第2～5章分别介绍了La2Sn2O7∶Eu3 、Ce3 /Tb3 掺杂La2Sn2O7、稀土掺杂Y2Sn2O7、稀土掺杂Gd2Sn2O7纳米晶体的合成及发光性能。本书是作者多年来在该领域的研究成果的总结。本书的出版得到了贵州师范大学化学与材料科学学院及贵州省功能材料化学重点实验室的大力支持。由于时间仓促，书中不妥之处，敬请读者批评指正。杨锦瑜2018年3月