一种锆酸钇掺铽绿色发光材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种锆酸钇掺铽绿色发光材料的制备方法。将硝酸钇、硝酸铽按摩尔比溶于去离子水中，搅拌。向上述溶液中加入与上述总稀土阳离子等摩尔量的氯氧化锆，充分搅拌。逐滴加入氢氧化钠溶液得到白色沉淀，控制溶液的pH值为7～9。将上述溶液装入高压釜中，填充度为80％，在180～220℃处理6～40小时；最后将处理好的溶液离心、干燥，就获得了锆酸钇掺铽绿色发光材料。本发明采用水热法实现了锆酸钇掺铽绿色发光材料的合成，产物结晶性较好，工艺过程简单，条件温和。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锆酸钇掺铽绿色发光材料的制备方法。

背景技术

稀土锆酸盐(Re₂Zr₂O₇)用途非常广泛，且具有很多独特性能，如高熔点、高离子导电性、高化学稳定性、高催化活性等。近年来其被广泛用作热障涂层，由于很低的导热性、较高的化学稳定性，因而备受关注。稀土锆酸盐还是一种良好的催化剂，被广泛应用于光催化等催化领域。近年来，其作为光致发光材料的基体受到重视，但是相关研究还较少。

现有关于稀土锆酸钇材料的研究报道主要集中在热障涂层和光催化方面，其制备方法相对比较单一，主要为高温固相烧结法和溶胶凝胶法[Aiyu Zhang，etal，Systematic research on RE₂Zr₂O7(RE＝La，Nd，Eu and Y)nanocrystals：Preparation，structure and photoluminescence characterization，Solid State Sciences，10(2008)74-81]，关于水热法合成的报道几乎没有。此外，锆酸钇作为发光材料基质研究的报道也非常少，锆酸钇掺铽绿色发光材料的合成还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锆酸钇掺铽(Y₂Zr₂O₇:Tb³⁺)绿色发光材料的制备方法。采用水热工艺，在较低的反应温度下实现了锆酸钇掺铽绿色发光材料的制备。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1)将硝酸钇、硝酸铽按摩尔百分比溶于去离子水中，控制硝酸铽的比例为总稀土阳离子摩尔数的4％～7％，搅拌；

2)向上述溶液中加入与上述总稀土阳离子等摩尔数的氯氧化锆，搅拌；

3)逐滴加入1.0摩尔/升的氢氧化钠溶液生成白色沉淀，控制溶液的pH值为7～9，继续搅拌；

4)将上述溶液装入高压釜，采用水热工艺，处理好的溶液离心、干燥，获得锆酸钇掺铽绿色发光材料。

所述水热工艺，温度控制为180～220℃，处理时间为6～40小时。

本发明具有的有益效果是：

本发明是以硝酸钇、硝酸铽、氯氧化锆为反应物，通过水热工艺合成出了锆酸钇掺铽绿色发光材料。产物结晶性较好，制备工艺简单，反应条件温和，对探索开发新型稀土发光材料具有重要意义，同时将为稀土发光材料的研究拓展新的领域。

附图说明

图1是实施例1所得产物的XRD图谱。

图2中曲线(a)、(b)、(c)、(d)分别对应实施例1、2、3和4所得产物光致发光发射光谱谱图。

具体实施方式

实施例1：

分别取1.1490克硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)、0.0715克硝酸铽(Tb(NO₃)₃·6H₂O)溶于40毫升去离子水中，硝酸钇、硝酸铽的摩尔浓度分别为0.0750摩尔/升、0.0039摩尔/升，搅拌20分钟；取氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)1.0180克溶于40毫升去离子水中，氯氧化锆的摩尔浓度为0.0789摩尔/升，搅拌20分钟。将氯氧化锆溶液逐滴滴入上述硝酸钇和硝酸铽的混合溶液中，搅拌15分钟。逐滴向上述混合溶液中加入1摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为7.0，继续搅拌0.5小时。把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在180℃下处理20小时，把处理好的溶液离心、干燥，获得所需产物，其中铽的掺杂浓度占总稀土元素总摩尔数的5％。图1是本例所得产物的XRD图谱，图中各个衍射特征峰位置与文献中[M.Kumar，et al，Electrical and sintering behaviour of Y₂Zr₂O₇(YZ)pyrochlore-based materials-theinfluence of bismuth，Materials Chemistry and Physics，92(2005)295-302]所述Y₂Zr₂O₇的特征峰值有很好的对应，说明铽的掺入没有明显引起结构的变化。图2中曲线(a)是其光致发光发射光谱，在545纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。

实施例2：

分别取1.7240克硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)、0.1301克硝酸铽(Tb(NO₃)₃·6H₂O)溶于40毫升去离子水中，硝酸钇、硝酸铽的摩尔浓度分别为0.1125摩尔/升、0.0072摩尔/升，搅拌10分钟；取氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)1.5427克溶于40毫升去离子水中，氯氧化锆的摩尔浓度为0.1197摩尔/升，搅拌20分钟。将氯氧化锆溶液逐滴滴入上述硝酸钇和硝酸铽的混合溶液中，搅拌20分钟。逐滴向上述混合溶液中加入1摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为8.0，继续搅拌0.5小时。把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在200℃下处理10小时，把处理好的溶液离心、干燥，获得所需产物，铽的掺杂浓度占总稀土元素总摩尔数的6％。图2中曲线(b)是其光致发光发射光谱，在545纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。

实施例3：

分别取2.2980克硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)、0.2046克硝酸铽(Tb(NO₃)₃·6H₂O)溶于40毫升去离子水中，硝酸钇、硝酸铽的摩尔浓度分别为0.15摩尔/升、0.0113摩尔/升，搅拌20分钟；取氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)2.0790克溶于40毫升去离子水中，氯氧化锆的摩尔浓度为0.1613摩尔/升，搅拌15分钟。将氯氧化锆溶液逐滴滴入上述硝酸钇和硝酸铽的混合溶液中，搅拌20分钟。逐滴向上述混合溶液中加入1摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为9.0，继续搅拌0.5小时。把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在180℃下处理40小时，把处理好的溶液离心、干燥，获得所需产物，铽的掺杂浓度占总稀土元素总摩尔数的7％。图2中曲线(c)是其光致发光发射光谱，在545纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。

实施例4：

分别取3.4470克硝酸钇(Y(NO₃)₃·6H₂O)、0.1699克硝酸铽(Tb(NO₃)₃·6H₂O)溶于40毫升去离子水中，硝酸钇、硝酸铽的摩尔浓度分别为0.2250摩尔/升、0.0094摩尔/升，搅拌20分钟；取氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)3.0211克溶于40毫升去离子水中，氯氧化锆的摩尔浓度为0.2344摩尔/升，搅拌15分钟。将氯氧化锆溶液逐滴滴入上述硝酸钇和硝酸铽的混合溶液中，搅拌20分钟。逐滴向上述混合溶液中加入1摩尔/升的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值为9.0，继续搅拌0.5小时。把上述配好的溶液放入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，填充度为80％，内衬容积为100毫升。该溶液在220℃下处理6小时，把处理好的溶液离心、干燥，获得所需产物，铽的掺杂浓度占总稀土元素总摩尔数的4％。图2中曲线(d)是其光致发光发射光谱，在545纳米处存在尖锐的绿光发射光谱。