芳香酸衍生物稀土发光材料的制备与表征

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1、芳香酸衍生物稀土发光材料的制备与表征1绪论1.1稀土发光材料的概述稀土，又名稀土金属或称为稀土元素，是位于元素周期表中第Ⅲ副族元素，镧(La）、镨(Pr）、铈(Ce）、铒(Er）、钕(Nd）、钐(Sm）、钷(Pm）、钆(Gd）、铕(Eu）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、镱(Yb）、铥(Tm）、镥(Lu），另外还有与镧系元素相关的两个元素钇(Y）和钪(Sc），这17种金属元素的统称。他们天然丰度小，又以氧化物或含氧酸盐矿物共生形式存在，十分稀少，故得名为稀土[1]。中国是稀土大国，是唯一能全部提供17种稀土元素的国家，同时稀土

2、元素的储量比其他国家储量的总和还要多。如今，中国已经探明的稀土总量为6588万吨，主要分布在四川凉山冕宁耗牛坪、内蒙古白云鄂博、南方七省等地区、山东微山等地方。在中国的稀土矿主要有四川冕宁矿、白云鄂博矿、江南七省的离子吸附型稀土矿、广西，广东，江西的磷钇矿、山东微山矿、湖南，海南，广东，广西，台湾的独居石矿、长江重庆段淤砂中的钪矿、贵州含稀土的磷矿、以及漫长海岸线上的海滨砂矿[2]。稀土元素是第III副族元素，它的电子结构和化学性质相近而共生,同时又因为4f层含有电子数的不同赋予单个稀土元素特殊的性能,因此即使同一体系或结构的稀土

3、材料都具有不同的物理和化学特性，稀土材料之所以能成为当今材料领域的新星也是由于此特殊性能。随着人们对稀土材料研究的深入，稀土材料的应用范围也越来越广泛。如今，稀土材料在光学、磁学领域作为一种新型材料已经迅速崛起，尤其是在稀土发光材料方面更是具有更广阔的应用前景，同时在其他领域稀土材料也被广泛应用。稀土发光材料就是稀土元素在无论被用作发光（荧光）的基质部分还是被用作激活剂、敏化剂、共激活剂、掺杂剂所制备出具有发光性能的材料[3]。他们具有发光谱带窄，色彩鲜艳，色纯度高，转换效率高，发射波长区域宽，光吸收能力强，物理和化学性能稳定，而

4、且荧光寿命从纳秒到毫秒能达到6个数量级等等。对于稀土发光材料的研究可以追溯到上世界70年代，在1964年高效的稀土红色荧光粉（Y2O3:Eu3+)问世以来，稀土发光材料(也被称为荧光粉)已发展成为当今光电器件、显示、信息、照明光源等生活领域的关键材料之一，在技术和社会发展两个方面的重要性非常突来，20世纪末以来，稀土发光材料在现如今已经得到了广泛的应用。............1.2稀土离子产生荧光的机理稀土金属离子因具有特殊的4f层的电子构型因而其荧光特性也非常多样化。从表1-1稀土元素原子的外部电子层结构可以看出，稀土原子失去

5、电子形成离子后其电子构型为[Xe]4fn5s25p6。当稀土离子吸收辐射能后，可通过3种跃迁方式即：(1)fn组态能级间的相互跃迁，即f→f的电子跃迁形式(2)fn组态与d间的跃迁，即f→d的电子跃迁形式(3)有机小分子配体与稀土金属离子的电荷跃迁由基态变为激发态，再以非辐射衰变至4fn组态的激发态(亚稳态)，进而再从此能态以辐射的形式向低能态跃迁使稀土离子产生荧光。稀土金属元素从La到Lu，其相应离子荧光的强弱和他们的外部电子层结构的形式有很大关系。可分为以下几种：（1）La3+（4f0）和Lu3+(4f14

6、)中其4f轨道或处于空轨道或处于全充满状态，致使La3+和Lu3+离子的4fn组态内跃迁是禁阻的，从而不能产生荧光。（2）Gd3+（4f7）的4f轨道中的电子处于半充满状态，各轨道中的电子呈平行排列，这使得Gd3+的最低激发态能级与基态能级相差太大，很难产生从基态到激发态的跃迁，从而不能产生荧光。（3）Eu3+(4f6)比半充满少了一个电子，不稳定，4f壳层容易从配体等接受一个电子成为半充满状态，电荷跃迁的能量较低，其组态的Eu3+先从电荷跃迁态衰减到f组态的激发态(亚稳态)，然后再以辐射跃迁形式回到基态或较低的能态便产生了电荷跃

7、迁荧光。.........2实验2.1有机合成实验称取苯甲酸25g，加入250ml三口烧瓶中，加入80ml氯化亚砜，加入10mlDMF，将油域锅温度加热到68℃，有大量气泡产生，将废弃用导管通入先前制备的NaOH溶液中，反应大约5h左右，知道没有气泡产生，减压蒸馏，过量的氯化亚砜溶剂蒸馏出去，继续升高温度，收集温度为273℃的组分，进行红外测试。FT-IR(KBrpellet,ν[cm-1]):414.6,671.1,873.6,1205,1317,1450,1595,1774,3070。称取1.5g的乙醇酸加入100ml烧

8、瓶中，加入磁子，加入15ml的甲苯（除水方法：将500ml甲苯溶倒入1000ml的圆底烧瓶中，放入油浴锅中，加热至60℃，搅拌，加入一定量研磨好的氢化钙粉末，搅拌30min，继续加入，知道没有大量气泡产生，停止加入氢化钙粉末，持续搅4h，常压蒸馏出