Нанофосфоры, легированные редкоземельными элементами (RE), широко используются в светоизлучающих диодах (светодиодах), дисплеях с полевой эмиссией (FED), сцинтилляторах, медицинской визуализации и доставке лекарств. Там исключительные электронные и оптические свойства получены из f-f и f-d переходов. Тем не менее, многие зарегистрированные синтезированные нанофосфоры быстро разлагаются при воздействии критических условий. Итак, потребность в часе – синтез нанофосфора, который стабилен в высоком вакууме с высокой яркостью, термической и химической стабильностью и обладает достаточной механической стойкостью. Нанофосфор на основе неорганического оксида привлек значительное внимание к созданию перестраиваемых по цвету материалов из-за их характерной высокой яркости, длительного срока службы, низкого энергопотребления и экологичности. Earl Danielson в 1998 году сообщил о новом неорганическом оксидном соединении (оксиде стронция-церия), синтезированном с помощью комбинаторной химической процедуры, который кристаллизуется в ромбической кристаллической системе с пространственной группой Pbam (№ 55) и параметрами ячейки: a = 6.11897 ( 9) Å, b = 10,3495 (2), и с = 3,5970 (1).
Этот оксид стронция-церия (Sr2CeO4) представляет собой сине-белый излучающий оксид и превосходный люминофор с высокой термической и химической стабильностью, что делает его перспективной матрицей для различных активаторов. Фотолюминесценция Sr2CeO4 обусловлена переносом энергии между O2- и Ce (IV), локализованными в одномерных цепочках октаэдра CeO6 с разделением краев. Регулярно расположенные люминесцентные элементы регулируют люминесцентные свойства оксида, и взаимодействие этих регулярных оптических центров, которое способствует пространственной делокализации энергии возбуждения, является характерной особенностью. Sr2CeO4, легированный редкоземельными (RE) ионами, приводит к появлению поразительных материалов с широкой полосой возбуждения в УФ-диапазоне и перестраиваемым излучением. Это связано с эффективной передачей энергии возбуждения от хозяина к легированным центрам, излучающим цвета другого спектрального диапазона. Кроме того, люминесцентные свойства зависят от используемого легирующего вещества RE и концентрации легирующего вещества. Разработано несколько методов синтеза эффективного однофазного РЗ-легированного люминесцентного нанофосфора Sr2CeO4. Эти процедуры все еще развиваются из-за различных недостатков стабильности, контроля размера и морфологии. В качестве вклада в преодоление этих ограничений в настоящем документе мы впервые сообщили о синтезе стержнеобразного люминесцентного Sr2CeO4: Eu3 + (мол.% Eu = 0, 0,1, 0,5, 1, 1,5, 2) методом сжигания. Систематическая методология была использована для синтеза этого очень стабильного нанофосфор. Eu3 + был выбран, так как он действует как хороший активатор-ион с эмиссией красного или красно-оранжевого в различных хозяевах. Результаты показывают генерацию белого света при более низких концентрациях, а красное свечение – при более высоких концентрациях легирующей примеси. В отчете также рассматриваются аспекты синтеза и характеристики легированного РЗ-комплекса, а также их потенциальное использование в осветительных и оптоэлектронных устройствах.
Экспериментальная
Синтез нанофосфоров Sr2CeO4: Eu3 + (0,1-2 мол.%). Нанофосфаты, легированные Eu3 +, получали методом сжигания в модифицированном растворе. Источником Sr, Ce, Eu были нитрат стронция (Sr (NO3) 2) .9H2O; 99,99%, Merk Ltd), нитрат церия (Ce (NO3) 3,6H2O; 99,99% Sigma Aldrich Ltd) и нитрат европия (Eu (NO3) 3xH2O; 99,99% Sigma Aldrich Ltd) соответственно. Многочисленные виды топлива, такие как лимонная кислота, глицин, щавелевая кислота, оксалилдигидразид (ODH), мочевина и т. Д., Использовались для синтеза нанофосфорных материалов. Лимонная кислота давала объемистый пушистый продукт, в то время как мочевина была экологически чистой, дешевой и доступной по сравнению с производными гидразина. Стехиометрические количества нитрата стронция, церия, европия были взяты в химический стакан вместимостью 200 мл для синтеза нанофосфоров Sr2-xCeO4: Eux3 + (x = 0,1-2 моль%) с учетом ионов Eu3 +, замещающих ионы Sr2 + в структура. К смеси добавляли необходимое количество мочевины и для растворения смеси добавляли 20 мл деионизированной воды, смесь хорошо диспергировали с использованием магнитной мешалки при 80 ° C в течение 10-15 минут. Стехиометрия окислительно-восстановительной смеси, используемой для сжигания, рассчитывалась с использованием общей окислительной и восстановительной валентности соединений. Уравновешивая общую окислительную и восстанавливающую валентности соединения, для горения рассчитывали стехиометрию окислительно-восстановительной смеси. В предварительно нагретую муфельную печь, поддерживаемую при 550 + 10 ° С, вводили гомогенную смесь, сначала раствор кипятили и подвергали дегидратации, а затем выделяли большое количество газов CO2, H2O, N2. Затем возникла спонтанная искра и произошла реакция горения. Весь процесс был завершен в течение 10 минут. Пенистый продукт медленно охлаждали до комнатной температуры, продукт измельчали в пестиковой ступке и затем прокаливали при 1000 ° С в течение 4 часов. Полное уравнение горения окислительно-восстановительной смеси, используемой для синтеза, можно записать в виде: 12 Sr (NO3) 2) .9H2O + 6 Ce (NO3) 3,6H2O + 34CH4N2O → 6 Sr2CeO4 + 34 CO2 + 68H2O + 55N2 12Sr1-x ( NO3) 2 + 6Ce (NO3) 3.6H2O + 34CH4N2O + xEu (NO3) 3.XH2O → 6Sr2CeO4: xEu + 55 N2 + 104 H2O + 34CO2 2.2 Характеристика и аппаратура Фазовая чистота и кристаллическая структура полученных продуктов характеризовались порошком X дифракция лучей с использованием рентгеновского дифрактометра (Panalytical’s X’Pert Pro, Германия) с Cu-Kα-излучением (λ = 1,5406Å) с никелевым фильтром используется для получения данных дифракции. Рентгенограммы собирали в диапазоне 10 ° <2θ <70 °. Спектр поглощения в УФ-видимой области регистрировали на спектрофотометре Shimadzu 2600 с видимым УФ-излучением. Измерения фотолюминесценции (ФЛ) проводили на флуоресцентном спектрофотометре Cary Eclipse (Agilent Technologies), оснащенном ксеноновой лампой мощностью 450 Вт в качестве источника возбуждения. Морфологию продукта исследовали в FE-SEM (Hitachi SU 70). Все измерения проводились при комнатной температуре. Координаты цвета были рассчитаны с помощью цветового калькулятора CIE Chromaticity. 3. Результаты и обсуждение Чистый Sr2CeO4 и легированные фазы Sr2-xEuxCeO4 (x = 0,1-2 мол.%) Были синтезированы методом низкотемпературного сжигания, с поэтапным изменением структурных свойств и, как следствие, люминесцентных характеристик путем замены Sr2 +. ионы по ионам Eu3 + в структуре.
Соединения высоко кристаллические, очень бледно-желтого цвета, стабильные на воздухе, нерастворимые в воде. 3.1 Рентгеноструктурный анализ Дифракционные картины синтезированного Sr2CeO4, легированного 0,5 мол.% Ионов Eu3 +, прокаленного при 1000 ° C, показаны на рис. 1. На основании измеренного рентгеноструктурного анализа и сравнения приведенных данных он показывает формирование одной ромбической фазы с пространственной группой Pbam. Введение легирующих ионов Eu3 + в кристаллическую структуру оксида подтверждено без заметных искажений на дифракционной картине. Это подтверждает, что ионы Eu3 + успешно существуют в узле решетки, а не в месте внедрения. Сайт замещения легирующей примеси может быть выведен из процентной разницы ионных радиусов хозяина и ионов легирующей примеси. В нашей системе ионный радиус Eu3 + составляет 0,947 Å, а у Se2 +, Ce4 + – 1,18 Å, 0,87 Å соответственно под координационным числом (CN = 6). Процентная разница в ионных радиусах (Dr) между ионами-хозяевами и легированными ионами рассчитывается с использованием уравнения. Dr = Rh (CN) – Rd (CN) Rh (CN) Где CN – координационное число, Rh (CN) – радиус катионов-хозяев, Rd (CN) – радиус легированного иона. Расчетные значения Dr между Eu3 + и Sr2 + на шести скоординированных участках составляют 19,74%, тогда как значения между Eu3 + и Ce4 + составляют -8,85%. Это доказывает, что легирующая добавка Eu3 + явно заменит сайты стронция. Поэтому Eu3 + наиболее предпочтительно замещает Sr2 +, а не Ce4 +. Аналогичные результаты были получены для различных люминофоров, легированных редкоземельными ионами Sr2CeO4. Атомная подвижность вызывает рост зерна, что приводит к лучшей кристалличности, поскольку все образцы были прокалены при более высокой температуре (1000 ° C). Средний размер кристаллитов оценивали методом Дебая-Шеррера. D = [0,9λ] Βcosθ, где D – средний размер кристаллитов (зерен), коэффициент 0,9 – постоянная Шеррера, λ – длина волны рентгеновского излучения, β – половина максимума полной ширины (FWHM) и θ – угол Брэгга наблюдаемого дифракционного пика. Было обнаружено, что частицы имеют меньшие размеры в нанометровом диапазоне, а также присутствуют некоторые крупные зерна. Это привело к небольшому отклонению расчетов Шерера. Полученный нанофосфор был составлен из нанокристаллитов со средним размером 64,16 нм.
Увеличение концентрации легирующей примеси приводит к деформации и изменению периодичности решетки, что приводит к снижению симметрии кристалла. Размер кристаллитов также рассчитывали по уширению линии дифракции рентгеновских лучей на порошке (β) с использованием анализа, описанного графиком Уильямсона и Холла (W-H). βcosθ = ɛ (4 sinθ) + 1 / D λ λ Где β – полная ширина в радианах, ɛ – развернутая деформация, а D – размер крсйаталлита. Уравнение представляет собой прямую линию между 4Sinθ / λ (ось X) и β cosθ / λ (ось Y). Наклон линии дает неоднородную деформацию (ɛ), а пересечение (1 / D) этой линии по оси Y дает размер кристаллитов (D). WH рассчитанный размер частиц составил 54,64 нм. Плотность дислокаций оценивалась по соотношению δ = 1 / D2. Существует небольшая разница в размере кристаллитов, определенных по графикам W-H и рассчитанным по формуле Шеррера. Небольшое отклонение обусловлено тем фактом, что в формуле Шеррера компонент деформации принимается равным нулю, и наблюдаемое уширение дифракционного пика рассматривалось только в результате уменьшения размера зерна. 3.2 Анализ FE-SEM На рис. 3 представлены микрофотоснимки FE-SEM нанофосфоров Sr2CeO4: Eu3 +, синтезированных методом сжигания в растворе. Это показывает агломерированный пушистый и пористый вид морфологии из-за синтеза горения. Однако изображения FE-SEM, полученные в этом исследовании, показывают стержнеобразные структуры с диаметрами в нанометрах. Во время синтеза в процессе сгорания температура немедленно повышается до более высокого уровня и поддерживается там в течение нескольких секунд и быстро снижается до более низкой температуры. За очень короткий промежуток времени кристаллы подвергаются быстрому процессу эволюции формы для формирования различных морфологий. 3.3. УФ-видимая абсорбционная спектроскопия. На рис. 4 приведены спектры поглощения образцов Sr2CeO4: Eu3 + (0-2 моль%). Спектры оптического поглощения регистрировали в области длин волн 200-450 нм. Пик яркого поглощения около 330 нм и 260 нм наблюдается во всех образцах, тогда как пики 220 нм присутствуют в концентрации выше 0,1 мол.% Легирующей примеси. С изменением концентрации легирующей примеси длина волны поглощения слегка изменяется, как видно при увеличении концентрации легирования, край поглощения смещается в сторону большей длины волны. Разрыв оптической энергии, например, легированных образцов, рассчитывали с использованием соотношения Таука. αhν ~ (hν – Eg) n Где hν – энергия фотона, а α – коэффициент оптического поглощения вблизи края фундаментального поглощения. Коэффициент поглощения α рассчитывают по спектрам оптического поглощения. Значения энергии оптической запрещенной зоны получают путем построения графика (αhν) n Vs hν в широком диапазоне поглощения с последующей экстраполяцией линейной области графиков на (αhν) n = 0. Например, оптическая ширина запрещенной зоны, а n – постоянная, связанная с различными типами электронного перехода, n = ½, 2,3 / 2, 3 для прямого разрешенного, косвенно разрешенного, запрещенного и косвенного запрещенного перехода соответственно. Ширина запрещенной зоны нанофосфоров варьирует от 3,08 до 3,21 эВ. Изменение значений Eg с различной концентрацией Eu3 + в Sr2CeO4 в основном объясняется структурными дефектами, такими как вакансии, степень структурного беспорядка в решетке, которая может изменять промежуточное распределение уровней энергии в запрещенной зоне. 3.4. Фотолюминесцентные исследования Люминесцентные свойства генерации синего света Sr2CeO4 в одной фазе. Фиг.8 показывает спектры возбуждения стронция-оксида церия. Он состоит из двух пиков, широкой полосы при 260 нм и плеча при 340 нм. Из-за различных типов решеточных связей Ce4 + и O2- спектры показывают два пика возбуждения, которые обусловлены различными переходами переноса заряда. Характерное излучение синего люминофора Sr2CeO4 связано с явлениями КТ от орбиталей ионов O2- до пустой 4f-оболочки ионов Ce4 +.
Более высокая энергетическая полоса (245 нм) возникает в результате перехода O1àCe4 +, где O1 – терминальный ион кислорода в структуре Sr2CeO4, а пик при 330 нм обусловлен переходом CT между экваториальным ионом кислорода и ионом Ce4 + ( О2-àCe4 +). Фиг.8 показывает спектры излучения оксида стронция-церия. Это простая широкая полоса с центром в 475 нм, обусловленная эмиссией с переносом заряда Ce4 +, в Ce4 + оболочка 4f является вакантной, поэтому возможен только один переход, в котором электрон возбуждается от кислородного лиганда к иону Ce4 + : переход с переносом заряда. Под действием УФ-излучения происходит возбуждение основного состояния в одно из возбужденных состояний, t1u-f или t1g-f, связанных с двумя группами ионов O2- (экваториальными и концевыми). Из-за запрещенных по спину переходов t1u-f соответствующая полоса поглощения или возбуждения менее интенсивна по сравнению с полосой, связанной с переходом t1g-f. Эмиссия в диапазоне 400-600 связана с процессом радиационной релаксации из возбужденного состояния КТ комплекса CeO6. Это связано с уменьшением размера кристаллитов. Это непосредственно влияло на запрещенную зону Sr2CeO4, увеличивая расстояние между основным и возбужденным состояниями КТ. Люминесцентные свойства легированного Sr2CeO4: Eu3 + (0-2 мол.%). Излучение белого света при низкой концентрации и красный свет при более высокой концентрации. Спектры возбуждения регистрировали путем фиксирования наибольшей интенсивности излучения Eu3 + (615 нм) в качестве длины волны наблюдения для всей концентрации легирующей примеси. Записанные спектры показывают одинаковые характеристики для всех образцов, измеренных в широкой полосе …
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих