掺杂（La，Nd）BiTiO纳米结构的合成与光致发光性能的研究

摘要

本研究以分析纯硝酸铋、硝酸钕 (或硝酸镧)、钛酸四丁酯为原料，去离子水和无水乙醇为溶剂，NaOH 为矿化剂，采用水热法合成了纯相铋层状钙钛矿结构Bi<,3.15>Nd<,0.85>Ti<,3>O<,12>(BNdT)纳米棒和 Bi<,3.27>La<,0.75>Ti<,3>O<,12>(BLT)纳米片。研究了水热反应温度、反应时间和溶液中 NaOH浓度对产物的物相和形貌的影响。利用 X 射线衍射 (XRD)、透射电镜 (TEM)、扫描电镜(SEM)、选区电子衍射 (SAED)、能量散射谱 (EDS)、X 射线光电子能谱 (XPS)、傅立叶变换红外光谱 (FTIR)、拉曼光谱 (Raman) 表征了产物的物相和结构。采用紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis) 和光致发光光谱 (PL)研究了 BNdT 纳米棒和 BLT 纳米片的光学性能。结果表明，合成的 BNdT 纳米棒直径约 10nm-200nm，长度达十几微米，为单晶，主要沿着[001]方向生长； BLT纳米片厚约 10nm，长度约 120nm，为单品，沿着 a (b) 方向生长。XPS 和 EDS 表明 BNdT 纳米棒只含 Bi，Nd，Ti和O四种元素。红外光谱表明Nd和La进入了晶格，Raman 光谱表明Nd取代了类钙钛矿层中的 Bi。UV-vis 吸收光谱表明，BNdT 纳米棒的吸收谱存在A (400nm)，B (275nm)，C (210nm)，D (196 nm) 四个吸收带，分别对应于电子从B<'3+>的基态<'1>S<,0>，到激发态<'3>P<,1>，<'3>P<,2>，<'1>P<,1>的跃迁和电子从阴离子团 TiO<,6>八面体到带正电的 Bi<'3+>离子的跃迁；BNdT 纳米棒和BLT纳米片带隙分别为4.47和4.5eV，大的带隙归因于纳米结构的量子尺寸效应。光致发光(PL)光谱表明，掺杂后出现的600-835nm范围内的室温光致发光，是稀土离子La和Nd引入后产生的发光峰；470.4nm处的发光峰起因于氧空位，同时其强度受晶粒尺寸的影响；400.7nm和421.9nm处的发光，归于电子从Bi<'3+>的激发态<'3>P<,1>到基态<'1>S<,0>，的跃迁。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料的性能

1.2纳米材料的研究进展和应用前景

1.3低维纳米材料的制备方法

1.4掺杂(La，Nd)Bi4Ti3O12的结构及其研究进展

1.5本论文研究目的和主要的研究内容

第二章实验和测试方法

2.1实验方法

2.2实验

2.2.1主要的实验原料和实验仪器

2.2.2水热合成BNdT和BLT的工艺流程

2.3测试方法

2.4小结

第三章BNdT和BLT的水热合成条件研究

3.1引言

3.2 BNdT纳米结构的水热合成条件研究

3.2.1反应温度对BNdT物相和形貌的影响

3.2.2反应时间对产物BNdT的物相和形貌的影响

3.2.3矿化剂(NaOH)浓度对BNdT物相和形貌的影响

3.3 BLT纳米结构的水热合成条件研究

3.3.1矿化剂(NaOH)浓度对BLT物相的影响

3.3.2水热反应时间对BLT物相的影响

3.4小结

第四章BNdT和BLT的物相和结构分析

4.1引言

4.2 BNdT样品的结构分析

4.2.1 XRD分析

4.2.2 BNdT纳米棒的SEM和TEM、SAED分析

4.2.3 BNdT纳米棒的X射线光电子能谱(XPS)分析

4.2.4 BNdT样品的红外光谱分析

4.2.5 BNdT纳米棒的Raman光谱分析

4.3 BLT样品的结构分析

4.3.1 BLT纳米片的物相和形貌分析

4.3.2 BLT纳米片的红外光谱分析

4.4小结

第五章BNdT和BLT的光致发光性能研究

5.1引言

5.2 BNdT和BLT的紫外-可见(UV-vis)吸收特性

5.3 BNdT利BLT的光致发光(PL)特性

5.4小结

结论

参考文献

附录

致谢