钙钛矿纳米材料的微波辐照制备及性能表征综合化学实验*

以将前沿的科研成果转化为大学综合化学实验为目标,介绍了全无机型CsPbX₃荧光钙钛矿纳米材料的微波辐照制备和性能表征实验。学生将通过本实验提升文献调研和阅读能力,了解微波辐照法合成的基本原理和特点,探索温度、反应物比例等因素对CsPbX₃纳米晶体形成的影响。在实验中巩固晶体结构相关知识,掌握紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、X射线衍射等常用的表征方法,对实验结果进行合理分析,培养学生严谨的科研思维。本实验适用于高年级本科生的综合化学实验课。     

NaGdF4:Eu3+的结构和VUV荧光性质

利用水热方法合成了纯度较高的六方结构的ＮaGdF4,在氧气存在条件下950℃加热处理可以使其转变为CaF2型立方结构,在真空紫外光激发下,六方结构的NaGdF4:Eu^3 中的Gd^3 离子吸收一个光子,并将能量分两步传递给Eu^3 离子,发生双光子发射,立方结构的NaGdF4:Eu^3 中存在有一定量的氧离子取代缺陷,使Gd^3 离子4f-5d跃迁移到177nm附近,这与惰性气体放电产生的真空紫外波长一致。     

综合有机化学实验:生物碱essramycin类似物的合成与表征*

以乙酰乙酸乙酯和5-氨基-1H-1,2,4-三氮唑-3-羧酸甲酯为原料,经过系列官能团转化和环合,制备出带有多种衍生化基团(如酰肼)的生物碱essramycin 类似物。实验涉及加热回流、真空脱溶、抽滤和TLC检测等基础操作,可以锻炼学生在有机化合物合成、纯化及结构鉴定等方面的操作技能。实验要求学生独立查阅文献,熟练掌握ChemDraw和MestReC等软件的使用,可以提升学生分析问题并解决问题的能力。实验以提高本科生综合素质为宗旨,适用于学生综合有机化学实验。     

Si-N共掺对CaAl2O4:Eu2+和CaAl2O4:Eu2+,Sm3+荧光粉荧光和余辉性能的优化

采用高温固相反应法制备了不同浓度Si-N共掺的CaAl2O4:Eu2+蓝色荧光粉,发现只需2%(摩尔分数)的Si-N共掺就可以明显提高荧光粉的荧光性能。研究还发现在CaAl2O4:Eu2+,Sm3+中掺入Si-N后,荧光粉的荧光强度和余辉性能都有提高。通过荧光粉的光谱图,发现共掺没有改变荧光粉中发光中心Eu离子的价态,而电子顺磁共振(EPR)谱则表明,Si-N共掺对Eu离子周围的配位环境产生了较大的影响。这说明掺杂的Si-N倾向于取代Eu2+附近的Al-O,并且由于Si-N键相对于Al-O键具有较短的键长,使发光中心周围晶体骨架的刚性得到了增强,从而减少了晶格热震动导致的非辐射跃迁能量损失,提高荧光粉的发光性能。同时,热释光谱表明,掺杂的Si-N会在发光离子周围产生新的缺陷能级,从而提高荧光粉的余辉性能。     

综合化学实验:方钠石型2-甲基咪唑锌的合成、表征与气体吸附*

以Zn(NO3)2·6H2O与2-甲基咪唑(2-Hmim)为起始原料,在室温下甲醇溶剂中,通过快速搅拌法方便地合成了著名的方钠石型2-甲基咪唑锌(MAF-4)MOF化合物。通过粉末X射线衍射确认了该化合物的结构,并进行了热重、红外以及系列气体吸附等温线的测试实验。该实验涵盖了合成、单晶结构和拓扑分析、稳定性和官能团分析、多孔材料吸附和分离性能分析等多种技能,总时长2 d,值得纳入综合性化学实验教学课堂。     

蔗糖燃烧实验的创新改进*

现行教材采用蔗糖和小苏打为原料进行“燃糖成蛇”实验,存在“蛇”生长长度较短和生长速率较慢等问题,降低了该实验的趣味性和可观赏性。在分析小苏打的作用基础上,系统探究了析氧物质替代小苏打进行“燃糖成蛇”实验的创新改进。结果表明,以高锰酸钾和氯酸钠混合物替代小苏打进行实验,“蛇”的长度和生长速率大大提高。改进后的实验,实验现象更加明显,趣味性、可观赏性和探究性增强。     

静电纺丝制备YVO4:Sm3+纳米纤维及其荧光光谱性能

采用静电纺丝技术与高温煅烧工艺相结合,以氧化钐、氧化钇、偏钒酸铵和聚丙烯腈为主要原料,制备稀土离子掺杂的YVO4:Sm3+纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外(FT-IR)、热重-差热(TG-DTA)和荧光光谱(PL)等分析测试手段对所得样品的结构、形貌和荧光光谱性能进行表征。研究结果表明:静电纺丝制备的有机-无机复合纤维的直径在200~250 nm之间,经过900℃热处理后,所得YVO4:Sm3+样品纤维状结构保持完好,直径减至100 nm。掺杂的稀土Sm3+离子在YVO4纤维中显示出特征发射,同时VO3-4和稀土Sm3+离子之间存在能量传递;Sm3+的掺杂浓度为2%(摩尔分数)时发光强度最大。     

Ce4+和Eu3+共掺杂的Ca2SnO4发光材料的合成与光谱特性

利用高温固相反应法合成了Ce4 和Eu3 共掺杂的Ca2-xEuxSn1-yCeyO4样品,并对其结构和发光特性进行了研究。X射线衍射结果显示,在Ca2SnO4中同时掺入Ce4 和Eu3 离子没有改变其晶体结构。Ca2-xEuxSn1-yCeyO4样品的发射光谱随Eu3 掺杂浓度产生很大变化,当Eu3 掺杂浓度低时,样品中同时存在着Ce4 -O2-的蓝光发射和Eu3 的红光发射;当Eu3 掺杂浓度较高时,样品呈现出Eu3 离子的红光发射。Ce4 -O2-蓝色发光的寿命约为81μs,其能量来源于O2-和Ce4 离子间的电荷迁移吸收;而Eu3 红色发光的寿命约为830μs,其能量来源于O2-和Eu3 离子间的电荷迁移吸收。Eu3 -O2-键比Ce4 -O2-键更容易吸收紫外光,两者之间没有能量传递现象。     

物理化学综合实验:废弃贝壳制备环保净水剂及其对Pb2+的去除*

设计了一个包含贝壳净水剂的制备、平衡吸附量的计算和不同贝壳净水效果评价的物理化学综合实验。通过开展本实验,学生不仅可以了解重金属污染问题,更可以掌握净水剂的一般制备方法以及通过吸附实验对材料净水效果进行评价的基本手段。本实验可以将课堂学习的理论知识与生活中问题相结合,利用所学的知识解决实际问题,并培养严谨的科学思维和对物理化学学习的兴趣。     

GdPO4∶Eu3+和GdPO4∶Ce3+,Tb3+纳米晶多元醇法的合成与表征

首次采用多元醇的方法合成了GdPO4:Eu3+和GdPO4:Ce3+,Tb3+纳米晶,并利用X-射线衍射(XRD),傅立叶变换红外光谱(FTIR),透射电镜(TEM),光致发光光谱(PL)及热重和差示扫描量热分析(TG-DSC)对产物进行了表征.结果表明,产物为单斜晶系独居石结构正磷酸盐;形貌为梭形,长轴600～700 nm,短轴50～200 nm;纳米晶在水中有良好的分散性.GdPO4:Eu3+水溶液在251 nm激发下.发射光谱以Eu3+的5D0-7F1 (592 nm)磁偶极跃迁强度最大;GdPO4:Ce3+,Tb3+纳米晶水溶液的激发光谱在240～300nm处有一宽的吸收带,峰值位于262 nm,为Ce3+离子的4f-5d跃迁吸收,发射光谱呈现Tb3+特征绿色发射,最强峰位于544 nm.讨论了GdPO4:Ce3+,Tb3+体系中敏化发光机理,通过光谱分析证实了存在Ce3+→Gd3+→Tb3+的能量传递过程.     

微波辅助加热法制备NaA沸石膜及其性能研究的综合化学化工实验*

结合自身实验教学和科研实验经验,设计了一个包括NaA晶种管的制备,微波辅助加热法制备NaA沸石膜,膜渗透汽化性能测试及膜材料微结构表征等过程的综合化学化工实验。本实验涵盖绿色合成、性能测试、表征及膜分离单元操作,知识要点多、学科覆盖面广,有助于提高学生的实践操作能力、创新意识和综合运用知识的能力,适合作为学生综合性实验。     

Ag@YF3:Eu3+核壳结构纳米材料的制备与性能研究

采用乙二醇法制备了单质Ag纳米粒子,并通过直接沉淀法合成了均匀球形的Ag@YF3∶Eu3+核壳结构复合纳米发光粒子,对产物的结构和性能进行了表征。XRD分析表明:Ag表面包覆上了结晶良好的正交晶系的YF3∶Eu3+。TEM照片表明:所得的纳米复合粒子具有明显的核壳结构和均匀的球形,中间Ag粒子的尺寸在80~100 nm之间,Ag@YF3∶Eu3+的粒径尺寸约为150~180 nm,表面粗糙且包覆完全。电子衍射表明复合样品为多晶。荧光光谱表明:该纳米复合粒子具有良好的发光性,以593 nm附近的5D0→7F1磁偶极跃迁为最强发射峰,但是比纯的YF3∶Eu3+的发光强度要弱,其荧光寿命有所增强,这表明Ag纳米粒子对外层的YF3∶Eu3+的发光有猝灭作用。     

创新性综合实验:4-苯基-2-咪唑啉酮的合成与表征

“4-苯基-2-咪唑啉酮的合成与表征”是“综合创新实验”课程的一个实验。该实验以苯甲醛和硝基甲烷为原料，经Henry反应、Ritter反应、硝基的还原、氨基的保护以及酰胺的水解反应，制备4-苯基-2-咪唑啉酮。实验涉及柱层析、加热回流和萃取等操作。该实验包括5种经典的反应类型，合成方法比较成熟，结合有机化合物波谱解析，可以加深学生理解有机化合物官能团的转化及经典反应的反应机理，培养和提高学生有机合成的实验能力，激发和训练学生对有机合成及波谱解析的理解和应用。     

Fluorescence Quantum Efficiency Enhancement in CaWO4:Eu3+,Na+ Nanocrystals by Tridoping with F- Ions

We demonstrated that tridoping with F- ions is an effective way to improve the fluorescence quantum efficiency of CaWO4:Eu3+,Na+ nanocrystals. F--tridoped samples with different F- concentrations were synthesized by a hydrothermal process. The fluorescence spectra and decay curves were measured at room temperature. The fluorescence intensity of F--tridoped samples is about 3 times that for the non F--doped sample. The fluorescence quantum efficiency can be enhanced by 21% when the atomic ratio of F to W was 0.7.     

CaSb2O6:Bi3+,Eu3+荧光粉的制备和发光性质

采用共沉淀法及1 200 ℃后续煅烧4 h,成功制备了CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺荧光粉,并对其结构及发光性能进行了研究。所制备荧光粉颗粒为六边形类圆饼状,平均尺寸在100~600 nm之间。对CaSb₂O₆:Bi³⁺,Eu³⁺发光的机理分析表明,Bi³⁺对Eu³⁺的发光存在高效的敏化与能量传递。当Bi³⁺和Eu³⁺的掺杂浓度分别为0.5%和8%,Eu³⁺位于580 nm(⁵D₀→⁷F₀ )处的荧光发射显著增强,Bi³⁺,Eu³⁺共掺样品的荧光强度是CaSb₂O₆:Eu³⁺的10倍左右。调节Bi³⁺/Eu³⁺离子掺杂比,色坐标呈现了从蓝、白光到红光的变化,表明该荧光粉可分别作为蓝或红色荧光粉使用,甚至可实现从蓝、白光到红光的自由调控,这为白光LED荧光粉的发展提供了参考。     

将功能纳米材料发展前沿融入实验教学——隐形荧光墨水的制备

为了让学生了解纳米材料的性质和用途,开发了一个研究型综合性实验——隐形荧光墨水的制备。通过微波反应快速地制备了一种新型的氮掺杂碳量子点,克服了碳量子点制备繁琐的难题,使碳点的制备能够在实验教学中得以实现,利用透射电镜、X射线衍射、红外光谱以及X射线能谱对碳点的结构和形貌进行表征,利用紫外-可见-近红外光谱仪和荧光光谱仪研究碳点的稳定性和光化学性能;并将该碳点制作成隐形荧光墨水,增加了实验的趣味性和实用性。学生实验证明该综合性实验适用于本科生实验教学。     

Cryogenic luminescence studies of Eu3+ in LiEuCl4

The luminescence associated with the Eu³⁺ ion in LiEuCl₄ has been studied at cryogenic temperatures under conditions of high resolution. Emission was observed to originate from both the ⁵D₀ and ⁵D₁ excited states, and transitions to the ${}^7\text{F}{}_0\text{,}{}^7\text{F}{}_1\text{,}{}^7\text{F}{}_2\text{,}{}^7\text{F}{}_3$, and ⁷F₄ ground levels were observed. The fine structure observed within these emission bands was found to be consistent with the existence of an effective D₄ site symmetry for the emitting Eu³⁺ species, even though the europium polyhedron was found to be that of a bisdisphenoid.     

Eu3+或Tb3+掺杂的KY2F7纳米球的制备与表征

利用简单的室温液相反应制备了KY₂F₇及镧系离子掺杂的KY₂F₇∶Eu³⁺和KY₂F₇∶Tb³⁺的纳米球，并利用XRD，TEM，SEM，XRF和荧光光谱对所制备的材料进行了表征。研究表明Eu³⁺或Tb³⁺离子已成功地掺杂在KY₂F₇纳米球中。掺杂