荧光材料La2O3:Eu的制备及表征

金梦蝶，吕芳莹，胡 强，王蒙蒙，刘 琳，李可心

（赤峰学院 化学化工院，内蒙古 赤峰 024000）

1 前言

我国的稀土储量居世界第一，因此稀土作为我国能源的一个重要来源，多年来稀土化合物的发光性能研究一直受到重视.稀土化合物在如今的化学领域具有十分长远的研究意义，是发光材料的一个重要来源，并且稀土化合物具有其高效的物理、化学性能，因此也应用于高分子材料.不仅如此，稀土化合物在科研领域涉及冶金、农业、医学、石油化工等各个行业，故稀土化合物在如今的社会发展中有着重大意义.

合成稀土化合物的方法有很多中，其中张曼在《水热合成三棱柱形Y2O3:Eu及发光性质研究》、潘小青等在《稀土发光材料的水热法合成及其发光强度》等文章中都提及到一种方法，即水热法[1-4].它因为操作简单、可控制其组成及其纯度的优点，因此成为合成稀土金属化合物的一个重要实验方法.水热法指以水溶液为体系，在一个密闭反应器中，将体系加热，使其在高温高压下反应，进而制备材料.李强等学者在无机材料学报发表的《纳米Y2O3:Eu3+的荧光特性》以及朱国贤等发表的《YF3:Eu3+的水热合成和发光性质》都提及到稀土金属铕[5-6]，将铕掺杂氧化镧纳米荧光材料的合成条件，王雪娇等在《铕掺杂氧化镧纳米荧光材料的水热合成及性能表征》[7]中也提及到.结果需要通过红外光谱、荧光光谱分析等方式对产物进行表针.莎仁等在《球形La2O3：Eu纳米晶的制备及其发光特性》中提及球形La2O3：Eu纳米晶[8-10]具有独特的发光性能，因此在研究该化合物制备过程中，对最佳反应条件的探究显得尤为重要，并最终得出最佳实验条件.

在探究稀土化合物La2O3：Eu合成过程中的最佳条件，应该采用控制变量法，从浓度、温度、pH值等方面入手，最终得到最佳的合成条件.本文是通过研究上述条件对稀土金属的合成的影响，进而得出最佳实验条件.

2 实验部分

2.1 实验仪器

电热恒温鼓风干燥箱，101FAB-1型，上海樹立仪器仪表有限公司；

马弗炉，SX2-4-13型，上海一恒科技有限公司；

傅立叶变换光谱仪，IS5型；

荧光分光光度计，F96型；

800离心机，上海宇隆仪器有限公司；

pH计，PHS-2F型，上海仪电科学仪器股份有限公司；

粉末压片机，FW-4A型，天津市拓普仪器有限公司；

石英比色皿，上海海光光学元件厂；

恒温调温磁力搅拌电热套，山东省菏泽市祥龙电子科技有限公司；

电子天平，TP-214型，北京赛多利斯仪器系统有限公司；

20mL反应釜若干；

以及100mL容量瓶2个 量筒1个 1mL移液管 2mL移液管 玻璃棒 滴管 针管 坩埚钳 烧杯若干 坩埚若干.

2.2 药品

氧化镧（La2O3）分析纯，瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心；

氧化铕（Eu2O3）分析纯，瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心；

硝酸溶液，含量（65%—68%），葫芦岛市渤海化学试剂厂；

氨水，分析纯，天津市河东区红岩试剂厂；

无水乙醇，分析纯，沈阳市华东试剂厂；

溴化钾，天津市河东区红岩试剂厂；

二次蒸馏水.

2.3 主要溶液的配制

2.3.1 硝酸镧的配制（0.2mol/L）

用分析天平称取氧化镧白色粉末3.2560克于小烧杯中，用少量硝酸将其溶解，待其成为无色透明溶液，将所得溶液全部倒入100mL容量瓶中，并用二次蒸馏水定容.

2.3.2 硝酸铕的配制（0.2mol/L）

称取氧化铕白色粉末3.5262克于小烧杯中，用硝酸将其溶解，并用电热套微热，使其变成无色透明溶液，将其全部倒入100mL容量瓶中，用二次蒸馏水将其定容.

2.4 合成La2O3:Eu的实验步骤

2.4.1 不同配比合成La2O3:Eu

分别取硝酸镧溶液3.00mL放入7个小烧杯中，再分别加入 0.20mL、0.30ml、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.90mL以及1.00mL硝酸铕与硝酸镧混合，加入10.00mL的二次蒸馏水，用氨性缓冲液将其pH调到10.50，并且搅拌10分钟(min)，此时溶液呈现不同的浑浊程度.将搅拌后的溶液转移到反应釜中，并用二次蒸馏水洗涤烧杯，将其一并加入反应釜中.将反应釜放置于烘箱中，并且设置温度为180℃.12小时(h)，将反应釜取出，待其自然冷却后，用离心机将溶液分别用二次蒸馏水和无水乙醇各洗涤三次，然后将产品倒入滤纸槽中，放入烘箱，调节烘箱温度为60℃.6h后，将产品转移到马弗炉中，设置温度为900℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.4.2 不同pH环境合成La2O3:Eu

分别取4份3.00mL硝酸镧溶液和0.50mL硝酸铕溶液于4个小烧杯中，再分别加入10.00mL二次蒸馏水，用氨性缓冲溶液分别将混合溶液的pH值调节到 8.57、9.17、10.01 以及 10.45，并搅拌10min，此时溶液呈现不同的浑浊程度.将搅拌后的溶液转移到反应釜中，并用二次蒸馏水洗涤烧杯，将其一并加入反应釜中.将反应釜放置于烘箱中，并且设置温度为180℃.12h后，将反应釜取出，待其自然冷却后，用离心机将溶液分别用二次蒸馏水和无水乙醇各洗涤三次，然后将产品倒入滤纸槽中，放入烘箱，调节烘箱温度为60℃.6h后，将产品转移到马弗炉中，设置温度为900℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.4.3 不同温度下合成La2O3:Eu

分别取3份3.00mL硝酸镧溶液和0.50mL硝酸铕溶液于3个小烧杯中，再分别加入10.00mL二次蒸馏水，用氨性缓冲溶液将混合溶液的pH值调节到10.45，并搅拌10min，此时溶液呈现相同的浑浊程度.将搅拌后的溶液转移到反应釜中，并用二次蒸馏水洗涤烧杯，将其一并加入反应釜中.将反应釜放置于烘箱中，并且设置温度为180℃.12h后，将反应釜取出，待其自然冷却后，用离心机将溶液分别用二次蒸馏水和无水乙醇各洗涤3次，然后将产品倒入滤纸槽中，放入烘箱，调节烘箱温度为60℃.6h后，将产品分别转移到3个马弗炉中，分别设置温度为 700℃、800℃、1000℃，1h后取出，即得到La2O3:Eu.

2.5 试样表征

2.5.1 不同配比的红外光谱检测

由于配比的不合适，硝酸镧3.00mL和硝酸铕0.20mL以及硝酸镧3.00mL和硝酸铕1.00mL所得产物量特别少，无法进行表征.剩余的五组分别取出如下量进行红外光谱的研究.

试样的量(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溴化钾量（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

将产物和溴化钾混合后放入玛瑙研钵中研磨10min，然后将研磨后的产品在压片机上进行压片，将制成的片放入红外检测仪进行检测.

2.5.2 不同pH环境下的红外光谱检测

分别取出如下量进行红外光谱的研究.

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溴化钾的量（g） 0.1 5 2 9 0.1 5 3 0 0.1 4 9 0 0.1 5 2 2

将产物和溴化钾混合后放入玛瑙研钵中研磨10min，然后将研磨后的产品在压片机上进行压片，将制成的片放入红外检测仪进行检测.

2.5.3 不同温度的红外光谱检测

分别取出如下量进行红外光谱的研究.

温度 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溴化钾的量(g) 0.1 5 2 6 0.1 5 3 0 0.1 5 0 8

将产物和溴化钾混合后放入玛瑙研钵中研磨10min，然后将研磨后的产品在压片机上进行压片，将制成的片放入红外检测仪进行检测.

2.5.4 荧光检测

取3.00mL硝酸镧溶液和0.50mL硝酸铕溶液于1个小烧杯中，再加入10.00mL二次蒸馏水，用氨性缓冲溶液将混合溶液的pH值调节到10.45，并搅拌10min，然后将此溶液转移到比色皿中，用可见分光光度计进行检测，波长范围为400-660nm.

3 实验结果与讨论

3.1 红外光谱图

3.1.1 不同配比的红外光谱图

首先讨论不同配比对生成物的影响，如下5幅图片分别是当硝酸镧为3.00mL硝酸铕分别为0.30mL、0.50mL、0.60mL、0.70mL、0.90mL 的红外谱图，如图1-5.

图1 镧铕比为10：1红外谱图

图2 镧铕比为6：1红外谱图

图3 镧铕比为5：1红外谱图

图4 镧铕比为4：1红外谱图

硝酸镧和硝酸铕的配比对样品的性质起着重要作用，从图1到图5分别是在pH、温度等其他实验参数保持不变的条件下，两种物质不同配比的红外谱图.对比几组红外谱图，分析在波数为2000cm-1和3500cm-1处的两组峰的峰型，可以得出当取硝酸镧3.00mL和硝酸铕0.50mL的时候，及当两种物质的配比为6：1时候，峰型最好，产品最好.

3.1.2 不同pH值的红外谱图

然后讨论不同pH值对生成物的影响，如下图6-9分别是当 pH 值为 8.57、9.17、10.01、10.45的红外谱图

图5 镧铕比为3：1红外谱图

样品在不同pH环境下，其性质也不同，图6-9分别是在配比、温度等其他实验参数保持不变的条件下，样品在不同pH环境下的红外谱图，对比几组红外谱图，可以分析波数在2000cm-1和3500cm-1左右处的峰值，我们可以清晰地看出样品在pH为10.45时候，峰型最好.

图6 pH值为8.57的红外谱图

图8 pH值为10.01的红外谱图

图9 pH值为10.45的红外谱图

图10 温度为700℃红外谱图

图11 温度为800℃红外谱图

图12 温度为900℃红外谱图

3.1.3 不同温度的红外谱图

最后讨论不同温度对生成物的影响，图10-13分别是当温度为 700℃、800℃、900℃、1000℃时候的红外谱图.

样品在不同温度的条件下，其性质也不同，图10-13分别是在配比、pH值等其他实验参数保持不变的条件下，样品在不同温度条件下的红外谱图.对比几组红外谱图，可以分析波数在2000cm-1和3500cm-1左右处的峰值，我们可以清晰地看出样品在温度为900℃时候，峰型最好.

图13 温度为1000℃红外谱图

3.2 荧光光谱

在400-660nm波长范围内，对产物进行荧光谱图的分析结果如图14所示，可以发现产物La2O3:Eu是有荧光性的，并且在518nm处有明显的峰值.其发光源于Eu3+离子的4f电子能级间的跃迁.

图14

4 实验结论

在制备La2O3:Eu的过程中，对实验条件进行探究.实验结果表明，反应物不同配比对产物有较大的影响，最终得出当硝酸镧和硝酸铕的配比为6:1、pH值为10.50、温度为900℃产品的红外光谱图最好.因此制备稀土化合物La2O3:Eu时候硝酸镧和硝酸铕的配比为6:1，pH值控制在10.50，温度控制在900℃所得产品最好.