Eu~(3+)掺杂二氧化钛微/纳米材料的可控合成与光谱特性研究

【摘要】目前，稀土（RE）离子掺杂材料受到了人们的广泛关注，这是因为它们具有独特的发光性质，广泛应用于各种功能材料，如激光器、光学纤维、高性能发光设备、时间分辨荧光标签等。众所周知，材料的发光效率是由稀土离子和基质共同控制的。其中，基质的成分和微结构对控制这些稀土离子掺杂材料的化学、物理、光学和电学性质起着重要的作用。TiO2具有成本低廉、在可见光区高的透过率以及良好的热稳定性和化学稳定性等优点，是稀土离子掺杂的理想基质材料，具有良好的应用前景。本文以TiO2为基质，采用简单的溶剂热法成功制备了Eu3+掺杂的TiO2纳米管、实心和核壳微球。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）、荧光光谱仪等仪器设备对所制备的TiO2发光材料进行了表征。此外，我们还详细地研究了不同形貌TiO2发光材料的形成机理及其对发光性质的影响。主要的研究内容包括：1、以碳纳米管（CNTs）为模板，采用溶剂热法成功制备了Eu3+掺杂的TiO2纳米管，无需使用任何表面活性剂或催化剂。所制备的TiO2:Eu3+纳米管为纯的锐钛矿相，且尺寸均一，分散均匀。TiO2:Eu3+纳米管的平均内、外径分别为24nm和40nm，长度约为5~10μm。TiO2:Eu3+纳米管的形成过程主要包含两个阶段:（1）经过溶剂热反应过程，在碳纳米管模板表面形成均匀的TiO2包覆层；（2）通过煅烧处理移除碳纳米管，制得TiO2:Eu3+纳米管。在紫外光激发下，Eu3+掺杂的TiO2纳米管显示强的红光发射，这主要是Eu3+的f–f跃迁导致的，这将在照明、显示器、生物医疗等领域具有潜在的应用价值。2、以聚乙二醇为软模板、乙醇为溶剂，通过简单的一步溶剂热法，成功制备了均匀、单分散的Eu3+掺杂的TiO2微球，微球的直径约2.0~2.5μm。乙醇的加入量对TiO2微球的形貌具有很大的影响。当加入18mL乙醇时，制得光滑表面的实心TiO2微球；当加入30mL乙醇时，制得粗糙表面的核壳TiO2微球，这主要是由于钛酸四丁酯的水解速度不同导致的。在紫外光激发下，两种形貌TiO2:Eu3+微球均显示红光发射，实心球的发光强度高于核壳球，这主要是因为光滑表面的实心微球具有较少的表面缺陷。此外，这是制备稀土离子掺杂材料的一种温和、简单的方法。
【作者】赵欢；
【导师】邹海峰；
【作者基本信息】吉林大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】TiO2；溶剂热法；稀土离子；Eu3+掺杂；光致发光；

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