La3+-Pr3+共掺杂纳米TiO2粉体的光催化性能

以钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和La³⁺-Pr³⁺共掺杂复合粉体(La³⁺-Pr³⁺/TiO₂), 采用XRD、 UV-Vis和TEM等测试手段分析了在紫外光照射下, 以降解甲基橙为探针反应研究其可见光催化性能。结果显示: 所有样品均为锐钛矿相纳米TiO₂, 稀土元素镧和镨掺杂后TiO₂特征衍射峰宽化, 强度降低; 与纯TiO₂、 镧掺杂TiO₂与镨掺杂TiO₂相比, 光催化剂La³⁺-Pr³⁺共掺杂TiO₂颗粒的粒径更小, 比表面积更大, 光吸收边红移程度更显著; 与未掺杂和单一掺杂的TiO₂相比较, 共掺杂的TiO₂具有更高的可见光催化性能。当La³⁺与TiO₂和Pr³⁺与TiO₂的摩尔比分别为1.0%和0.2%时, 可见光催化性能最好。可见光催化性能的提高归因于镧和镨的协同作用。     

Sc掺杂Nd:CaF2激光晶体的结构及其光谱性能参数

采用温度梯度法生长了0.5at% Nd、xat% Sc:CaF₂(x=0, 2, 5, 8)系列晶体, 测试了晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。研究发现发射强度和荧光寿命随着Sc³⁺离子浓度的增加而提高。通过改变Sc³⁺离子的浓度发现, 当掺杂5at% Sc³⁺时可以获得最大的吸收截面为1.42×10^-20 cm²。另外, 掺入Sc³⁺使共掺晶体在吸收光谱796 nm处产生新峰。综上, 通过调节Sc³⁺离子浓度, 可以改变Nd³⁺离子的局域结构, 优化晶体的光谱性能。     

Pr掺杂Mg2SnO4纳米颗粒的制备及其光致发光性能

采用水热合成和低温煅烧两步法工艺制备了不同浓度(0~1.5mol%)镨掺杂锡酸镁, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及荧光光谱仪对合成的样品进行表征, 研究了Pr掺杂量对锡酸镁微观形貌的影响, 并讨论了其光致发光性能。结果表明, 所制备的Mg₂SnO₄: Pr³⁺为立方反尖晶石结构的立方纳米颗粒; 与未掺杂的Mg₂SnO₄相比, Pr掺杂浓度的增加使颗粒尺寸变大, 并使颗粒边角锐化。不同浓度Mg₂SnO₄: Pr³⁺的发射光谱表明Mg₂SnO₄: Pr³⁺样品中存在530、570 nm两处发射峰, 前者与Mg₂SnO₄基质中的氧空位有关, 后者由Pr元素³P₀-³H₅能级的跃迁造成。随着Pr掺杂浓度增加, 锡酸镁颗粒尺寸变大、发光中心增多, 使得Pr掺杂锡酸镁纳米颗粒在570 nm处的发光强度增强。     

可见光波段稀土激光晶体的研究进展

可见光激光在数据存储、光通讯、激光显示、激光医疗、激光打印以及科学研究等领域具有非常重要的应用价值。随着蓝光LD泵浦源的商用化, 直接泵浦稀土离子掺杂激光晶体实现可见光激光输出吸引了人们极大的研究兴趣。目前, 可见光稀土离子主要集中在Pr ³⁺、Dy ³⁺、Tb ³⁺和Sm ³⁺等。其中, Pr ³⁺的研究较多, 发光波长涵盖面较广, 发射波段覆盖蓝光、绿光、红光、橙光; Dy ³⁺和Tb ³⁺因为能够发射黄光以填补Pr ³⁺的不足也吸引了广泛的研究; 此外, Sm ³⁺和Eu ³⁺也是典型的可见波段稀土发光离子。本文综述了近几年可见波段稀土离子掺杂激光晶体的研究现状, 主要以Pr ³⁺、Dy ³⁺、Tb ³⁺和Sm ³⁺掺杂YAlO₃ (YAP)、Mg : SrAl₁₂O₁₉ (SRA)等晶体为研究对象, 总结了一套适合Pr ³⁺掺杂材料的判据, 对晶体生长、结构、热学性能、偏振光谱性能和激光性能进行了系统的研究。     

CaF2:20Yb2Er/Na@CaF2:Ce纳米材料近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒，并对其NIR-Ⅱ发光性能和荧光寿命进行了探讨。研究结果表明，在980 nm光源激发下，其NIR-Ⅱ发光性能强度约为CaF₂:20Yb2Er的68倍，且位于1 525 nm处的荧光寿命为2.29 ms。该体系Yb³⁺作为敏化剂，Er³⁺作为激活剂，Na⁺共掺杂使晶体场的局部对称性改变，核壳结构的构建使发光中心的荧光猝灭最小化，壳层结构引入Ce³⁺可以使得Er³⁺与Ce³⁺在界面处产生交叉弛豫。由此可见，将离子共掺杂和构建核壳结构两种策略结合起来更有利于NIR-Ⅱ发光性能的提升。综上，CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒在生物成像领域具有潜在的应用价值。     

Pr,R~(3+):SrF_2(R=Y,Gd)激光晶体光谱性能的研究

采用坩埚下降法生长了系列共掺的Pr,Y:SrF_2和Pr,Gd:SrF_2晶体,研究了调剂离子对Pr:SrF_2晶体晶胞参数和光谱性能的影响规律。研究结果表明,掺杂不同种类和浓度的调剂离子可以有效提高晶体的吸收截面和发射强度。同时,调剂离子通过改变晶体内部的团簇构型和发光中心的局域配位结构,使Pr,R~(3+):SrF_2(R=Y,Gd)晶体各峰位的发光强度变化规律不一致:绝大部分峰位发光强度先增加到峰值后减小,极个别变化趋势相反或发光强度基本保持不变。结合晶胞参数和荧光寿命图谱也可以证明调剂离子对晶体内部团簇和局域结构的影响。总之,掺入调剂离子后,Pr:SrF_2晶体的光学性能更优,尤其是共掺入6.0at%Y~(3+)或10.0at%Gd~(3+)后,其光学性能达到最佳。     

镨掺杂钛酸钙/云母钛荧光效果珠光颜料的制备及其性能研究

采用液相沉积法在云母基材表面双层包覆二氧化钛和镨掺杂氢氧化钙, 经高温煅烧在两层之间生成镨掺杂钛酸钙(CaTiO₃:Pr³⁺)荧光层。通过荧光分光光度计、全自动色差计、X射线粉末衍射仪和冷场扫描电子显微镜测试样品的性能。结果表明, 当氧化钙理论包覆率为5.3%、镨浓度相对硝酸钙为0.2mol%、煅烧温度为900℃时, 样品表面均匀、致密, 具有较好的珠光性能和荧光强度, 样品的激发光谱由264、304和380 nm三个激发峰组成, 最大发射波长主峰位于613 nm, 呈红光发射, 对应于Pr³⁺的¹D₂→³H₄跃迁。     

Bi3+/Eu3+共掺Y2MgTiO6荧光粉的发光性能研究

采用高温固相法合成了Bi³⁺和Eu³⁺共掺的Y₂MgTiO₆荧光粉，X射线衍射谱(XRD)分析表明，所有样品的晶体结构均为单斜晶系P2₁/n, Bi³⁺和Eu³⁺掺入Y₂MgTiO₆中并替代Y³⁺的位置。通过光致发光光谱、X射线激发荧光谱(XEL)系统研究了Bi³⁺和Eu³⁺掺杂浓度与发光强度之间的关系。荧光分析表明，Y₂MgTiO₆∶Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉可被271nm左右的近紫外光激发，在620nm处表现出较强的红光发射带，这一发光属于Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂特征跃迁；当Eu³⁺掺杂量为20%(摩尔分数)...     

Yb3+,Tb3+共掺杂Sr2B2O5荧光粉的制备及其下转换发光性能的研究

采用高温固相法合成了Tb³⁺, Yb³⁺共掺杂的Sr₂B₂O₅荧光粉。通过X射线衍射(XRD)和荧光光谱(PL)对样品的物相结构和发光性质进行了表征。XRD结果表明, 合成样品为单斜结构的Sr₂B₂O₅相。分别使用543 nm和980 nm的监测波长, 得到的激发光谱均在354 nm、374 nm处有较强的激发峰, 其中374 nm处最强, 说明Sr₂B₂O₅荧光材料在近紫外光区对太阳光有很强的吸收; 在374 nm( Tb³⁺:⁷F₆→⁵D₃) 紫外光激发下, 观察到Tb³⁺: ⁵D₄→⁷F_J ( J = 6, 5, 4, 3) 可见光区发射光, 并检测到Yb³⁺: ²F_5/2→²F_7/2的近红外发射光。通过研究激发光谱和发射光谱与Yb³⁺掺杂浓度的关系, 发现在单斜晶体Sr₂B₂O₅中, Yb³⁺具有很高的猝灭浓度。     

紫外光激发Ce3+掺YVO4蓝光发射性能研究

利用提拉法生长了YVO₄和掺2.0at% CeO₂(或Ce₂(CO₃)₃)的YVO₄: Ce³⁺晶体。样品的XRD测试表明Ce³⁺代替Y³⁺进入晶格, Ce³⁺的加入并没有影响YVO₄的晶格结构。XPS测试显示YVO₄: Ce³⁺晶体中Ce离子3d分裂为882.0、885.8、902.9、908.0和915.9 eV等5个峰, 峰位表明样品中铈离子是以Ce³⁺和Ce⁴⁺两种价态形式存在。YVO₄和YVO₄: Ce³⁺激发谱都呈现出260~360 nm宽带激发, 此激发带源于基质中VO₄^3-离子团的配体O到V的电荷迁移吸收。使用325 nm的紫外线激发时, 两种样品均可发出以440 nm 为中心的宽带蓝光,其中YVO₄发射峰应归属于VO₄^3-离子团中³T₂→¹A₁和³T₁→¹A₁跃迁; 而YVO₄: Ce³⁺的蓝光发射则来源于Ce³⁺的5d→4f 的跃迁。分析可知YVO₄: Ce³⁺中VO₄^3-的π轨道和Ce³⁺的电子波函数能有效地重叠, 使得VO₄^3-和Ce³⁺可通过交换作用有效地向Ce³⁺传递能量, 可大幅提高Ce³⁺的蓝光发射强度。实验结果显示YVO₄: Ce³⁺可作为UV-LED管芯激发的白光发光二极管用高亮度蓝色发光材料。     

pH调控合成U型配体介导的八核铀酰草酸网络

本工作报道了一种含新型八核铀酰(U8)团簇单元([(UO₂)₈O₄(μ₃-OH)₂(μ₂-OH)₂] ⁴⁺)的草酸铀酰配合物, 该化合物中, U型有机配体链可以增强铀酰之间的交联度, 具有稳定多核铀酰团簇的作用。通过与另外两种含单核和双核的铀酰配位化合物比较, 发现八核铀酰团簇单元的形成是一个pH调控的过程。理化性质分析显示, 荧光、红外、拉曼的信号峰都出现了不同程度的重叠和宽化, 表明八个铀酰离子具有较高的相似度, 这与此多核铀酰团簇的近平面分子构型密切相关。     

(Lu0.5In0.5)2O3:Tm3+,Yb3+超细粉末的合成和上转换发光

先用液相沉淀技术合成Lu/In/Tm/Yb四元体系水合碱式碳酸盐类沉淀前驱体,然后将其在1100℃煅烧制备出一系列类球状平均粒度约为110 nm的[(Lu_0.5In_0.5)_0.999-xTm_0.001Yb_x]₂O₃ (x=0~0.05)氧化物固溶体。在980 nm泵浦激光激励下这种氧化物粉体在可见光区发射出强烈的蓝青光(450~510 nm,源于Tm³⁺离子4f¹²电子组态内¹D₂→³H₆,³F₄电子跃迁)和较弱的红光(650~670 nm,源于Tm³⁺离子的¹G₄→³F₄电子跃迁),二者的上转换过程均为双光子吸收。随着Yb³⁺离子浓度的提高1931CIE色坐标上的发射光颜色逐渐由绿光(0.31, 0.54)移向蓝光(0.01, 0.19)。Yb³⁺离子共掺提高了Tm³⁺离子的上转换发光强度,其最佳含量为2.5%。发射474 nm蓝光和654 nm红光的粉体,其荧光寿命分别约为0.84和0.97 ms。     

新型双钙钛矿Ca2GdSbO6:Sm3+橙红色荧光粉的制备及其发光性能

用高温固相法合成一种新型系列橙红色荧光粉Ca₂Gd_1-xSbO₆:x Sm³⁺(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06),使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)光谱、高温荧光光谱和荧光衰减寿命等手段表征其物相结构、晶体结构、化学纯度和光学性质,研究了材料的发光性能。结果表明,这种荧光粉基于Sm³⁺在597 nm处的⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁,引入Sm³⁺作为发光中心在407 nm激发下可发出波长为597 nm的橙红光。随着Sm³⁺离子浓度的提高Ca₂GdSbO₆:Sm³⁺荧光粉的发光强度先提高后降低。根据Dexter理论,其浓度猝灭是电偶极-电偶极相互作用主导的,Sm³⁺离子的最佳掺杂浓度为x=0.03。...     

Eu2+/Tb3+掺杂的Sr2Si5N8基荧光粉的制备与发光性能

采用碳热还原氮化法合成了Eu²⁺/Tb³⁺掺杂的Sr₂Si₅N₈基荧光粉, 并重点研究了Tb³⁺-Eu²⁺共掺时Sr₂Si₅N₈基荧光粉的发光性能。研究结果表明: 由于Tb³⁺的f → d间的跃迁是自旋允许的, Sr₂Si₅N₈:Tb³⁺在330 nm激发光下, 在490、543、585和623 nm四处各有一发射峰, 它们分别来源于Tb³⁺的⁵D₄ → ⁷F_j (j = 6、5、4、3)能级跃迁; 掺入Tb³⁺对Sr_1.96Si₅N₈:0.04Eu²⁺的激发谱和发射谱的形状及峰位无明显影响, 当共掺离子Tb³⁺浓度为x = 0.01时, 样品发射强度比未共掺的Sr_1.96Si₅N₈:0.04Eu²⁺提高了约20%, Tb³⁺主要通过电多极能量传递的方式转向Eu²⁺。     

离子交换和热处理对贵金属掺杂硅酸盐玻璃光致发光的影响

贵金属纳米颗粒-玻璃复合材料是一种重要的非线性材料。利用光致发光谱及配位场理论, 深入研究了离子交换及氢气热处理对硅酸盐玻璃中贵金属离子的引入、还原、成核及生长过程的影响, 发现延长离子交换时间有利于提高玻璃中金属离子的浓度。对于掺Ag⁺硅酸盐玻璃, 不仅存在孤立Ag⁺离子, 同时也存在Ag₂⁺团簇。H₂中热处理后, 样品中孤立Ag⁺离子浓度迅速降低, 同时出现Ag₃²⁺团簇。对于掺Cu⁺硅酸盐玻璃, 仅存在孤立Cu⁺和Cu²⁺, 没有发现Cu⁺团簇的发光峰, Cu²⁺的存在造成Cu⁺的发光强度显著降低。掺Ag⁺硅酸盐玻璃经H₂热处理后, 再经过第二次离子交换往玻璃中掺Cu⁺是十分困难的。     

Eu2+和Dy3+掺杂浓度对Sr2MgSi2O7材料的荧光和长余辉性能的影响

采用高温固相法制备得到Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺和Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺发光粉, 并详细研究了Eu²⁺和Dy³⁺的掺杂浓度对Sr₂MgSi₂O₇材料的荧光和长余辉性能的影响。所有样品都在470 nm附近呈现较宽的发光峰, 这可归因于Eu²⁺离子的4f⁶5d→4f⁷电子能级跃迁。当Eu²⁺掺杂浓度超过淬灭浓度, 其浓度淬灭效应导致发光粉的荧光强度下降和余辉时间减短。同时, 发射峰的峰位随Eu²⁺浓度的增加而发生红移, 这主要由于晶体场分裂能和斯托克斯位移变化造成的, 而电子云扩大效应变化所产生的影响相对较弱。Dy³⁺离子会抑制荧光, 但有助于延长余辉时间。当其掺杂浓度超过10mol%时, Eu²⁺\Dy³⁺离子通过隧道复合机制发生浓度淬灭, 从而使材料的长余辉寿命减少。     

CaF2:Yb3+/Er3+/X(X= Li+, Na+, K+)近红外二区发光性能研究

利用热分解法制备了CaF₂:Yb³⁺/Er³⁺纳米颗粒,通过改变Yb³⁺和Er³⁺的掺杂浓度对其近红外二区(NIR-II)发光性能进行调节,研究结果表明,当Yb³⁺掺杂浓度为20%,Er³⁺掺杂浓度为2%时,在980 nm光源激发下,NIR-II发光性能最强,且纳米颗粒分散性良好,尺寸均匀。然后,进一步研究了不同的碱金属离子(Li⁺、Na⁺、K⁺)共掺杂对其NIR-II发光性能的影响,研究结果表明,Li⁺掺杂因不利于纳米颗粒成核导致NIR-II发光性能降低,Na⁺和K⁺掺杂均有利于NIR-II发光性能提升。相比而言,K⁺离子半径更大,更有利于破坏晶体场的局部对称性,因此,在K⁺共掺杂的情况下NIR-II发光性能最强。     

Bi/Tm共掺TiO2-BaO-SiO2-Ga2O3玻璃光谱特性与能量转换机理研究

用高温熔融法制备了Bi、Tm、Bi/Tm掺杂TiO₂-BaO-SiO₂-Ga₂O₃玻璃系统。在808 nm激光激发下, 与Tm单掺杂玻璃相比, Bi/Tm共掺玻璃中Tm³⁺的³H₄→³F₄跃迁荧光(~1485 nm)得到了显著的增强, 而Tm³⁺的³F₄→³H₆跃迁荧光(~1810 nm)减弱。在980 nm激光激发下, Tm单掺玻璃中没有观察到Tm离子的特征发光, 而在Bi/Tm共掺玻璃中观察到Tm³⁺的³F₄→³H₆跃迁荧光(~1810 nm)。这是由于在808和980 nm激光二极管(LD)各自激发下, Bi/Tm共掺玻璃中活性Bi离子的近红外发光能量传递给Tm³⁺, 分别产生³F₄→³H₄与³H₆→³H₅跃迁所致。采用Inokuti-Hirayama模型, 分析了该玻璃体系中Bi→Tm的能量传递机理。结果表明, Bi→Tm的能量传递属于电偶极–偶极相互作用。     

Y3+掺杂Ce:Li6Lu(BO3)3闪烁体的发光性能研究

针对Ce:Li₆Lu(BO₃)₃晶体有效原子序数(Z_eff)高的问题, 采用低原子序数的Y³⁺离子部分置换晶体中的Lu³⁺离子。通过固相合成法制备了Ce:Li₆Lu_1-xY_x(BO₃)₃(0≤x≤1)固溶体。X射线粉末衍射(XRD)分析表明, 该系列固溶体结构与Li₆Gd(BO₃)₃晶体相同, 空间群为P2_1/c。其X射线激发发射(XSL)的发光强度随着Y³⁺的含量增加而降低, 当x=0.5时, 固溶体的有效原子序数与Li₆Gd(BO₃)₃闪烁体相当, 但XSL发光强度是其1.4倍。Ce:Li₆Lu_0.5Y_0.5(BO₃)₃的XSL光谱和PL光谱都在400 nm附近出现Ce³⁺离子的特征峰, 可拟合出361和419 nm两个发光分量, 分别对应于Ce³⁺离子的激发态电子的⁵d₁→²F_5/2和⁵d₁→²F_7/2能级跃迁。Ce:Li₆Lu_0.5Y_0.5(BO₃)₃固溶体的衰减时间比Ce:Li₆Lu(BO₃)₃略长, 为19.6 ns。当x=0.50~0.70时, Ce:Li₆Lu_1-xY_x(BO₃)₃(0≤x≤1)闪烁体比较适合作为中子探测材料。     

稀土离子掺杂钼酸盐荧光粉的制备及发光性能研究

稀土离子掺杂的上转换发光材料近年来在照明、太阳能电池行业有着广泛的应用。通过水热法制备了Ho³⁺/Yb³⁺掺杂的NaGd(MO₄)₂荧光粉,通过XRD、SEM、光谱分析等手段对NaGd(MO₄)₂荧光粉进行了表征,研究了Ho³⁺/Yb³⁺掺杂对钼酸盐荧光粉发光特性的影响。形貌结构分析表明,Ho³⁺/Yb³⁺掺杂的NaGd(MO₄)₂荧光粉均为纯的四方相结构,颗粒尺寸约为0.4～0.9μm, Ho³⁺/Yb³⁺的掺杂使NaGd(MO₄)₂荧光粉的晶胞参数变小。光谱分析表明,NaGd(MO₄)₂荧光粉中546 nm处的绿光是来自Ho³⁺的⁵F₄