稀土掺杂无机化合物的电子结构及应用

稀土掺杂无机化合物具有重要的应用,其电子结构决定了该类材料的光学性能。目前电子结构图(HRBE和VRBE图)提供了二价、三价稀土离子的4f, 5d各能级的相对位置和相对于基质化合物导带底和价带顶的能量位置,以及它们相对于真空的能量位置。研究人员可以根据一种稀土离子(例如Eu~(2+)和Eu~(3+))的光谱数据预测和给出14种稀土离子的4f和5d能级的HRBE和VRBE电子结构图;进一步可以预测稀土离子在化合物中的稳定价态。另外,电子结构图为理解、预测、设计和调控无机发光材料的激发/发射光谱位置、热猝灭特性、余辉性能以及闪烁性能提供重要科学依据。本文综述了电子结构图的构筑方法,并总结了其在设计和调控发光材料性能等方面的应用。     

后处理对TiO_2纳米薄膜的表面结构和光催化活性的影响

半导体TiO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起人们的广泛关注犤1～6犦。在普通钠钙玻璃表面涂制高光催化活性的TiO2纳米薄膜,制成环保建筑材料,不仅可以自洁玻璃表面,而且可以用于净化空气、处理废水等。但由于在热处理过程中玻璃基体内的Na+离子扩散到薄膜表面,形成光生电子和空穴的复合中心,使TiO2纳米薄膜的光催化活性大大降低犤7～10犦。为了减少玻璃中Na+离子对TiO2薄膜光催化活性的有害影响,Paz等犤8犦研究了将钠钙玻璃浸入酸溶液中,使玻璃表面的钠离子被酸中的氢离子置换出来;在玻璃表面形成SiO2凝胶层,以便阻…     

Si_5P_6O_(25)∶Tb~(3+)的结构与荧光性质

近年来，掺稀土离子发光材料的研究引起了人们的极大兴趣，已经制备出各种有应用价值的掺稀土发光材料，如掺Tb３＋的三基色发光粉等。由于稀土离子的发光极易受基质的影响，且在不同基质中稀土离子的发光强度不同。所以人们的研究重点集中在改变基质材料上，以减少昂贵稀土的掺杂量，从而提高稀土的发光强度。Tb３＋能发射特征的绿色荧光，其发光强度高，量子效率高，所以围绕铽合成不同基质的发光材料一直是人们所感兴趣的研究课题。ZhangH．X．等犤１犦制备了掺杂Tb３＋、Eu３＋的Zn２SiO４体系发光材料，该材料像广泛应用于电视和C…     

全光纤传感用磁光玻璃的研究进展

随着电力需求的不断增长，竞争日益剧烈的电力市场迫切需要高带宽、宽动态测量范围的小型传感器，全光纤传感器因其具有测量精度高、响应速度快、体积小和易安装等特点而引起了人们的广泛关注：在用于全光纤传感器的基质材料中，稀土离子掺杂的磁光玻璃因其各向均匀性好、磁光性能优异和成本低廉而成为首选材料之一，因而得到了广泛研究。基于目前磁光玻璃的研究成果，本文对有可能应用于全光纤传感器的高掺稀土玻璃材料进行了介绍，并对当前磁光玻璃研究中存在的问题进行了讨论。     

近红外发光稀土配合物及杂化材料研究进展

稀土因其特殊的物理和化学性质,在信息技术、能源技术、生物技术等高科技领域及国防建设等方面都起着非常重要的作用,中国作为稀土大国,十分重视对稀土材料的研究和开发。稀土离子近红外发光(750～1700 nm)在激光和光纤通讯、医学诊断、免疫分析等热门领域的潜在应用,受到了科研人员的极大关注。稀土离子本身发光极弱,通过分子内传能有机配体可以敏化稀土离子发光,但稀土配合物常受外界干扰,其稳定性较差,若将其与凝胶、介孔材料、离子液体等无机基质复合,得到具有良好光、热稳定性和化学稳定性的有机/无机杂化材料。总结了近些年来近红外发光稀土配合物及近红外发光稀土杂化材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

溶胶-凝胶法制备稀土铽配合物掺杂的发光薄膜

采用溶胶－凝胶法原位制备了稀土配合物掺杂的发光薄膜，薄膜透明均一。结果表明用原位合成法，可以将难溶性稀土羧酸类配合物有效地掺杂到溶胶基质中，荧光光谱分析表明，所得到的薄膜材料在紫外激发下发射出铽离子的特征发射线。     

激活CaO-MgO-SiO_2长余辉玻璃发光性质

报道了一种新型的Eu~(2+)离子激活硅酸盐玻璃,该玻璃组成为2CaO-MgO-3SiO_2-0.015Eu_2O_3(CMSE)。通过透射光谱、稳态荧光光谱、余辉光谱和热释光等技术手段对CMSE的发光性质进行了深入研究。研究发现CMSE可以被紫光和近紫外光激发,获得黄色长余辉发光。热释光曲线的分析表明,CMSE的长余辉性质主要来自于玻璃基质中陷阱深度为0.83 e V左右的定域能级。研究认为对CMSE发光性质的研究有利于开发新型稀土离子激活近紫外激发LED用硅酸盐玻璃发光材料。     

含稀土铽(Ⅲ)配合物透明树脂的制备及性能研究

含稀土元素的有机高分子 具有稀土离子独特的光、电、磁特性,又具有有机高分子材料优良的性能,是极具潜在应用价值的功能材料,早在1963年,Wolff和Pressley首次研究以高分子为基质的稀土荧光材料,引起了人们的广泛兴趣,80年代以来,高分子链上直接键合稀土配合物的研究也引起了化学家的注意。Okamoto和李文连等在较高稀土浓度下仍可以制成透明柔韧的薄膜。而由于稀土无机物与树脂的相容性差,难以均匀地分散到树脂中,所以获得发光功能高分子体相材料十分困难,本文首次报道将几种稀土铽（Ⅲ）配合物复合于苯乙烯（St）／甲基丙烯酸（HMA）的共聚体系之中,制备了具有发光功能的透明树脂,对其相关性能进行了研究,考察了稀土元素含量、组分配比等因素对聚合物透明性和发光性能的影响,结果表明：高分子网络给稀土配合物提供了稳定的化学环境,有利于展现其优良的发光性能,同时,稀土配合物赋予了光学树脂新的功能性。     

稀土离子特性与稀土功能材料研究进展

稀土元素是一个包含了由钪、钇与镧系共17种元素的系列统称,它们既具有本质上的物理化学相似性,也具有各自独特和多样的电子结构。 从化学水平上讲,稀土离子的特性决定了稀土永磁、磁致冷、超导、热释电、光学制冷、非线性光学、催化等高新技术应用的本质;从材料水平上讲,稀土功能材料是实现这些技术应用的基础。 从科技发展要求来讲,稀土功能材料的研发是实现稀土资源高质量发展的最重要途径。 本文从稀土离子特性出发,利用轨道杂化模型构建稀土离子与稀土功能材料之间的基本关系,总结了近年来不同应用领域中稀土离子在稀土功能材料的组成设计与性能优化方面的研究进展。     

含稀土的氟化物玻璃

含稀土的氟化物玻璃具有有意义的光谱性质,它们有从0.25μm到7μm宽的透过范围,在这个范围内可观察到玻璃材料的吸收和发射光谱。用稀土取代的氟化物玻璃的光吸收随所用稀土离子而变化。这些玻璃的转变温度Tg平均为311℃。光学性质如折射率等受稀土取代的影响不明显。     

M2B5O9X：Eu，Tb（M=Ca,Sr;X=Cl,Br）荧光体的光谱特征

利用Eu^3 和Tb^3 稀土离子之间存在电子组态共轭性的特征,将其双掺于同一基质中,由于电子转移而产生Eu^2 ,使Eu^3 ,Tb^3 和Eu^2 共存于同一体系中,在空气中合成了M2B5O9X：Eu,Tb荧光粉,研究了其发光特征及影响作用。结果表明,Eu^3 ,Tb^3 和Eu^2 共存于同一基质中,且稀土离子的掺杂量对其光谱产生影响。     

稀土纳米材料在光催化二氧化碳还原中的应用

光催化二氧化碳还原反应(光催化CO₂RR)是将惰性CO₂转化为高价值化学品的最具前景的策略之一。光催化CO₂RR的成功取决于高效催化剂的使用,尽管目前已取得相当的进展,但光催化过程仍面临着光电效应弱和光生载流子易复合等问题,严重制约了CO₂还原的效率。稀土离子具有独特的f电子结构和尤其丰富的电子能级,可作为光生电子的“储存器”并兼具抑制光生载流子复合的功能,因此电子能更有效地用于CO₂RR。镧系金属离子的强亲氧性和高配位需求,使其易于掺杂进其他氧化物半导体的晶格中,不仅能够稳定半导体复合物的晶相,而且能够有效地调控氧空位的浓度,从而实现半导体光催化剂性能调控和优化。此外,镧系金属亦能以原子级分散方式吸附在半导体表面或实现体相掺杂,直接作为活性位点提升光生电子的传递与利用。本文总结和探讨了稀土纳米材料在光催化CO₂RR反应中的不同作用形式,从包括单(纯)稀土半导体材料、负载助催化剂的稀土半导体材料、掺杂稀土半导体材料和稀土半导体-其他半导体的复合材料等四方面...     

金属—半导体氧化物催化剂

本文重点研究了TiO2、ZnO、SnO2等半导体氧化物以及以此为担体的担载型金属－半导体组合催化材料；采用电导、TPD、TPSR等方法考察了这类材料和典型的电子受体和电子给体反应分子间的电子和物种和交换，并研究了金属－半导体组合界面上的电子传递特性。根据测试结果及催化反应的例证说明，在金属－半导体氧化物组合材料中金属可以活化反应分子，沟通电荷物种的交换渠道，而氧化物类似于“电子储库”。二者协同作用使组合体系具有良好的氧化还原化学感应和催化作用。     

掺杂铕和铽的卤硼酸盐荧光体的制备及光谱特征

采用高温固相法在空气中合成了一系列掺杂稀土离子的卤硼酸盐荧光体, 研究了其发光性质和基质组成对稀土离子共掺杂的荧光体发光性质的影响. 研究结果表明, 在Eu3+和Tb3+共掺杂的体系中存在电子转移, 因此出现了Eu3+, Eu2+和 Tb3+共存于同一基质共同发射的现象. Ce3+对Eu2+和Tb3+具有敏化作用, 可增强其发射强度. 基质的组成对稀土离子的发射峰位和发射强度有明显影响.     

XPS与UPS测量几种材料功函数的比较

为比较X射线光电子能谱(XPS)与紫外光电子能谱(UPS)测量材料功函数结果间的差异,依次对经氩离子清洁表面吸附层的Au、Ag薄膜样品和单晶硅片,以及未进行表面清洁的Au、Ag、MoO_3薄膜样品,单晶硅片及ITO导电玻璃的功函数进行测量。给出了XPS和UPS测量功函数的计算方法,并探讨了影响材料功函数测量结果不确定性的因素。研究发现XPS及UPS在测量表面清洁的金属样品时,测量结果基本一致,具有较高的准确度,表面清洁的Au、Ag样品一经暴露空气后其表面覆盖一层吸附层,功函数很快发生变化。利用UPS或XPS测量金属和半导体的功函数时应避免暴露空气,若金属样品在空气中暴露时建议使用氩离子清洁表面。研究结果对科研人员按实际测试需求合理选择测量方法具有一定的指导意义。     

含铽三元共聚物的合成及其发光性能研究

报道了新型的可平衡电荷(空穴与电子)传输的稀土铽-聚合物发光材料的合成, 将稀土铽配合物单体与乙烯基咔唑、甲基丙烯酸甲酯共聚制得含咔唑和稀土铽配合物的HTL-EML-ETL三功能合一的聚合物, 通过FT-IR, GPC, NMR及元素分析对其结构进行表征, 并研究了这类材料的光致及电致发光性能. 在含铽三元共聚物的薄膜荧光中, 来自咔唑基的荧光出现“固态猝灭”, 而来自稀土铽离子的荧光则明显加强, 这是由于二者的失活机制不同引起的. 以含铽三元共聚物制作的单层器件主要发射铽离子的特征荧光.     

Tb~(3+)离子激活的ZnO-SrO-SiO_2发光材料的合成

由于5s壳层的屏蔽,Tb~(3+)离子的4f电子跃迁产生的发光,其波长受基质的影响很小,而发光强度却与基质材料、Tb~(3+)离子的浓度有密切的关系。Tb~(3+)离子激活的硅酸盐发光材料在专利中曾有报导,但Tb~(3+)离子在ⅡA、ⅡB族硅酸盐中的发光行为尚未见报导。我们在过去工作的基础上,合成了Tb~(3+)离子激活的ZnO-SrO-SiO_2发光材料。     

M2B5O9X∶Eu,Tb(M=Ca,Sr;X=Cl,Br)荧光体的光谱特征

利用Eu3+和Tb3+稀土离子之间存在电子组态共轭性的特征,将其双掺于同一基质中,由于电子转移而产生Eu2+,使Eu3+,Tb3+和Eu2+共存于同一体系中.在空气中合成了M2B5O9X∶Eu,Tb荧光粉,研究了其发光特征及影响作用.结果表明,Eu3+,Tb3+和Eu2+共存于同一基质中,且稀土离子的掺杂量对其光谱产生影响.     

含电活性界面层有机铁电纳米薄膜的疲劳性能

采用3种类型的电活性界面层材料,如高介电常数材料酞菁铜（CuPc）、电子导体原位合成的聚（乙撑二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT-PSSH）以及离子导体聚乙烯基磷酸（PVPA）和商业的PEDOT-PSSH（BaytronP）,研究了界面层对铁电共聚物薄膜的疲劳特性的影响。研究结果表明,三种类型的电活性界面层材料,包括电子、离子导体和含偶极子的高介电常数材料都能为铁电薄膜提供补偿电荷从而提高器件的铁电疲劳性能。     

电导法测定非晶态氮化硅薄膜中的氮

非晶态氮化硅薄膜是一种半导体太阳能电池材料,薄膜材料的性能与其中氮和硅的原子比密切相关。因此在材料制备和性能研究中必需进行氮、硅含量的测定。薄膜中氮的测定国外有采用俄歇能谱或二次离子质谱等方法,国内尚未见有关氮化硅薄膜分析方法的报道。