磷钒酸镧、氟化镧纳米晶和磷酸铁枝晶的合成与表征

摘要

近年来，纳米级的稀土发光材料由于其尺寸微小，表现出一般体相材料所不能比拟的光学性质，因而受到了人们的广泛关注，并且在照明、显示、显像、催化等领域得到了广泛的应用。本论文采用水热法合成出了一系列的磷钒酸镧纳米结构，氟化镧纳米晶和磷酸铁纳米结构，研究了反应条件对它们的形貌、晶体结构和发光性质的影响，初步探讨了它们的形成机理。主要内容和研究结果如下：
　　 (1)以硝酸镧、偏钒酸铵、磷酸氢二铵、氯化铽为原料，用盐酸调节反应体系的pH值，在pH=2的条件下水热合成出铽掺杂的磷钒酸镧纳米结构[La(P1-xVx)O4：Tb3+］(x=O；x=0.9；x=0.8；x=0.7；x=0.5)稀土无机发光纳米材料。反应中的各反应参数包括磷和钒的摩尔比、反应环境的pH值等，对磷钒酸镧纳米结构的形貌、尺寸和晶体结构有着重要的影响。当反应环境的pH=2，x的值为1时，反应生成了形貌不规则的大小为1-2μm的LaVO4微晶。当x的值减小到0.9时，生成尺寸在500nm到1.5ym之间的LaP0.1V0.9O4:Tb3+多面体。当x的值减小到0.7时，产物的尺寸有所减小，大约分布在100-300nm之间，生成了类似于八面体的LaP0.3V0.7O4:Tb3+纳米结构。当反应环境的pH值为4，反应生成了粒径为25-35nm的LaP0.2V0.8O4:Tb3+纳米粒子。与纯的LaVO4的晶格常数相比，磷钒酸镧纳米结构的晶格常数减小，随着磷掺入量的增加，磷钒酸镧纳米结构的结晶性和发光性能都得到了增强。
　　 (2)以硝酸镧、氟化铵为原料，通过简单的水热反应，得到了形貌可控的氟化镧晶体。我们研究了反应中的各反应参数包括反应环境的pH值和反应中使用的酸的种类对产物的尺寸和形貌的影响。当使用盐酸调节反应环境的pH值，使其从1到6变化，产物的形貌从六角双锥变为纳米粒子。当使用柠檬酸和酒石酸调节反应环境的pH值，反应生成了氟化镧纳米盘。所得产物在544nm处有强峰，说明发光效果较好。
　　 (3)通过一种简单可重复的水热反应，在没有任何表面活性剂的参与下制备出正交晶系的磷酸铁枝晶。本文研究了各种反应参数，如反应时间、反应温度、双氧水用量、反应环境的pH值、铁源等对产物的晶体结构以及形貌的影响。Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O枝晶的形成是由时间决定的，反应初始阶段形成无定形的FePO4·nH2O纳米粒子，随着反应时间的延长，逐渐由无定形的FePO4·nH2O纳米粒子定向连接生长结晶生成产物磷酸铁枝晶，产物的颜色也由黄色变为绿色。随着双氧水用量的增加，Fe5(PO4)4(OH)3.2H2O枝晶转变成了六支结构。当反应环境的pH值减小，四支结构的Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O枝晶生成。