稀土配合物发光材料的制备
稀土配合物发光性能的实验研究(精)
稀土配合物发光性能的实验研究
稀土配合物所发出的荧光有稀土离子发光强度高、颜色纯正,又有有机化合物所需激发能量低、荧光效率高、易溶于有机溶剂的优点,为人们探索新的发光能源、发光材料提供了新的思路。
本文将对稀土配合物作为发光材料进行研究,合成出系列光效率高的光致发光材料Eu_(1-x)Tb_x(BA)_3Phen。
选用发光效率较高的铕离子,同时引入可以敏化铕离子的铽离子,有机配体选择苯甲酰丙酮(BA)和邻菲罗琳(1,10-phen),制备稀土有机发光材料。
本文应用紫外-可见吸收光谱、激发光谱、荧光光谱、和Z-扫描实验等实验手段,系统研究了稀土有机配合物的光谱性质、相互敏化的过程与机理、能量传递过程和非线性光学性质。
结果表明,目标稀土配合物Eu_(1-x)Tb_x(BA)_3Phen是一种发光性能良好的稀土配合物。
【关键词相关文档搜索】：光学; 稀土配合物; 双核; Eu1-xTbx(BA)3Phen; 敏化
【作者相关信息搜索】：新疆大学;光学;葛文萍;王睿;。
稀土铕、β-二酮配合物的合成、表征及其发光性能测定实验设计
稀土铕、β-二酮配合物的合成、表征及其发光性能测定一、学习目的1、学习并了解稀土配合物的性质和功能.2、了解稀土元素发光原理，学习分析荧光谱图3、学习使用分子荧光光谱仪测试所得产物的激发光谱、发射光谱等荧光性质。
4、学习使用红外光谱仪测试所得产物的成键情况和基团信息。
二、实验原理稀土就是化学元素周期表中镧系元素--镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的元素-钇(Y)和钪(Sc)共17种元素，称为稀土元素。
20世纪40年代，Weissman发现用近紫外光可以激发某些具有共振结构的有机配体的稀土配合物产生较强的荧光，其后相继发现了其他一些稀土配合物的光致发光配合物：目前，稀土放光材料以及广泛地应用于分子荧光免疫分析、结构探针、防伪标签、生物传感器、农用薄膜和器件显示灯领域。
稀土配合物发光主要由中心·离子的f-f跃迁所引起的，具有光色纯度高、发光效率高和修饰配体不影响发光颜色等优点，在分析化学、生物学、超薄膜、有机电致发光等领域有广泛的应用。
本实验采用液相均相法制两种稀土铕、β-二酮配合物。
通过紫外吸收光谱和激发、发射光谱对其荧光性质进行研究。
稀土配合物的发光类型和发光性能都与稀土离子的4f电子结构及其跃迁密切相关。
4f电子受s5p°的屏蔽，它们的能级受外界的影响较小，但由于自旋耦合常数较大，能引起J能级的分裂。
不同稀土离子中4f电子的最低激发态能缴和基态能级之间的能量差不同，致使它们在发光性质上有一-定的差别。
稀土离子的4f电子跃迁主要有f跃迁和f-d跃迁。
属于f-f禁阻跃迁的三价稀土离子在紫外光区的吸收系数很小，发光效率低。
β_二酮配体在紫外光区有较强的吸收，而且能有效地将激发态能量通过无辐射跃迁转移给稀土离子的发射态，从而敏化稀土离子的发光，弥补了稀土离子发光在紫外-可见光区的吸收系数很小的缺陷，此即为“Antena效应”。
稀土配合物发光材料
稀土配合物发光材料摘要：本文首先介绍了稀土离子具有优良的光学、电学和磁学性质，尤其发光性能受到人们的广泛关注。
接着讲述了稀土光致发光配合物的研究进展，阐述了稀土配合物光致发光的基本原理。
在此基础上讨论了稀土配合物光致发光性能影响因素。
考虑到稀土荧光配合物的寿命短，寻找合适的配体通过天线效应制备稳定长寿命，这是未来发展的趋势。
然后介绍了稀土光致发光配合物在很多领域的应用。
为了让读者更好的理解稀土光致发光配合物，我们讲述了稀土铕和铽配合物电致发光的研究进展。
关键词：稀土离子，光致发光，配体，天线效应，稀土铕和铽配合物1.前言稀土离子作为一类特殊的无机离子具有优良的光学、电学和磁学性质，因此研究稀土配位化合物就显得尤为重要。
在这些性质中，稀土配合物的发光性能一直受到人们的广泛研究，并且目前在发光分子器件、荧光探针、电致发光器件等应用方面已成为人们关注的热点。
研究表明：配体向稀土离子的能量传递是实现稀土配合物发光的关键。
而多足配体具有合成简单、结构可调和共轭敏化基团可换等优点，便于调整配体的功能基团以实现配合物更好的荧光性质。
本综述报道了稀土光致发光配合物的发光原理、影响因素、研究进展及应用。
当分子或固体材料从外界接受一定的能量(外部刺激)之后，发射出一定波长和能量的现象称之为发光。
根据外部刺激(激发源)的方式可以把发光分为光致发光、电致发光、阴极发光、摩擦发光等。
下面我们将主要介绍研究较多的稀土有机配合物的光致发光。
从发光原理来讲，无论是何种外界刺激都是使分子从基态激发到激发态，而这种激发态不是一种稳定的状态，需要通过某种途径释放出多余的能量后回到稳定的基态，如果这个释放能量的途径是以辐射光子的形式来实现的就会产生发光现象。
2.稀土光致发光配合物的研究进展稀土配合物的光致发光现象早在上世纪40-50年代就已陆续地被观察到了，1942年，Weissmantl首先发现不同的β-二酮类铕(Ⅲ)配合物吸收紫外光后，出现了铕(Ⅲ)离子的特征线状发射。
稀土发光材料的制备化学
稀土氟化物溶解度比草酸盐溶解度小。
磷酸盐
稀土磷酸盐是重要的稀土盐类，是矿物存在的主要形式之一；
在pH为4.5的稀土溶液中加入磷酸钠可得到稀土磷酸盐沉淀； 稀土磷酸盐在水中的溶解度很小；
磷酸盐属于难风化矿物，硬度大，难以磨蚀；
稀土磷酸盐可用氢氧化钠溶液高温分解制得氢氧化物和磷酸钠，氢氧 化稀土进一步用盐酸溶液的方法制得氯化稀土。
稀土发光材料的制备化学
1.4 稀土化合物
硝酸盐
稀土元素的氧化物、氢氧化物以及碳酸盐溶1:1的硝酸中，蒸发结晶就可 得到水合硝酸盐RE2(NO3)3· nH2O，其中n=3,4,5,6，轻稀土的结晶水都是6。
稀土硝酸盐在水中的溶解度很大，易溶于乙醇、丙酮、乙醚和乙腈等极性 溶剂中；
表8 稀土硝酸盐在水中的溶解度
稀土发光材料的制备化学
1.4 稀土化合物
碳酸盐
稀土溶液中加入碳酸氢铵、碳酸铵或者可溶碳酸盐，就可能形成碳酸 稀土沉淀；稀土碳酸盐可溶于盐酸、硫酸和硝酸；加热分解生成氧化 稀土 稀土碳酸盐溶解度很小。
表4 稀土碳酸盐在水中的溶解度
稀土发光材料的制备化学
1.4 稀土化合物
硅酸盐
稀土硅酸盐化合物在自然界存在的形式已发现有36种之多，但具有工 业意义的矿物很少，仅有硅铍钇矿；
稀土元素的价态
稀土元素的正常氧化态是正三价，即电离掉(ns)2(n-1)d1或者(4f)1； 对个别稀土元素正好电离失去2个或者4个电子可使4f轨道呈现或者接近于 全空或半充满的稳定结构时，他们可能出现正二价或者正四价。
例如铈、镨和铽可呈现正四价态；钐、铕和镱可呈现正儿价态。
稀土元素的原子半径、离子半径及镧系收缩
稀土发光材料的制备化学
稀土配合物Tb(Sal)3·3H2O纳米微晶的制备及发光性质
第 ５期
发 光 学 报
ＣＨ Ｉ ＮＥＳ Ｊ Ｅ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＵＭ Ｉ ＮＥＳ ＣＥＮＣＥ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ５ １２ ． ０ｃ ．．２ ０８ ｔ ０
２０ ０ ８年 １ Ｏ月
文 章 编 号 ：１０ －０２ ２ ０ ）５０６ －６ ０ ０７ ３ （０ ８ ０ －８ ９ ０
山东博士后创新基金 （０ ７ ３ ５ ） ２ ０ ０ ０ ５ 资助项 目 作者简介 ：王冬梅 （ ９６一）， ，河北献 县人 ， １６ 女 副教授 ，理学博士 ， 在站博士后 ，主要从事含稀 土功能性高分子材料合成 的研究 。 ￥：通讯 联 系 人 ；Ｅ ｍ ｉ ｄｎｂ ６ ．ｅ， ｅ：（５ １ ８ ７５ ４ — ａｌ ｊｄ ＠２ ３ ｎｔ Ｔ ｌ ０ ３ ） ２６ ８ ７ ：ｓ 。
收 稿 日期 ： ０ ８０ － 修 订 日期 ：２０ －３１ ２ ０ －１ ２； ０ ０ ８０ —７ 基金项 目：国家 自然科学基金（０ ７０ ６ ；国家重大基础研究课题（０ ２ Ｂ １４ １ ；国家自然科学基金委杰 出青年基金 （０ ２１５ ２５ ７ １ ） ２０ Ｃ ６３０ ） ２ ３５０ ）
合物 的 红外光 谱 。配合 物 的热 分 析在 美 国 Ｐｒｉ ｅｋｎ
传递、 发光量子效率和浓度猝灭等性质 ］ 。
本 文在 稀 土 配 合 物 的传 统 制 备 方 法 的基 础
Ｅｍ ｒ 司的 Ｐｒ ｉ ｏｄＴ ／ Ｔ 差热 重 ｌｅ 公 ｙ ｓＤａ ｎ Ｇ Ｄ Ａ ｉ ｍ 热
分析 仪上 进行 ， 度 范 围 ０～７０℃ ， 用 氧 化 铝 温 ０ 采
荧光激发和发射光谱 、 紫外光 谱探 讨 了有机 配体 和中心 离子 之 问的能 量传 递过 程 。结 果显 示 Ｔ （ ａ） ・ ｂ ｓ１ ３ Ｏ纳米 微晶的粒径主要分布在 ５ ２ ０ｎ Ｈ： ０－ ５ ｍ区域并且发 出较 强铽 （ 离子 的特 征荧光 。这些结 果为进一 Ⅲ）
催化实验稀土发光材料报告
催化实验报告赵思琪应化1108班2011016235一．实验名称：稀土有机配合物的制备及性能测定二．实验目的：掌握稀土盐和稀土有机配合物的制备方法以及荧光光谱，红外光谱的分析用。
三．实验仪器和药品：药品：氯化铕（EuCl3·6H2O），氯化鋱（TbCl3·6H2O），乙酰水杨酸，1，10-邻菲啰啉，乙醇，三乙胺，二氯甲烷仪器：荧光灯，电磁搅拌，水泵，干燥器，沙板漏斗、抽滤瓶，烧杯、玻璃棒，容量瓶，自封袋，角匙，PH试纸，红外光谱仪、荧光光谱仪和紫外光谱仪。
四．配合物结构：五．实验结果分析：1.荧光分析称取一定量配合物样品溶解于二氯甲烷中，配制成浓度为10-4的样品溶液，于荧光分光光度计光谱测得配合物的荧光发射光谱图，如图所示：Eu配合物的em光谱图Eu配合物的ex光谱图由发射谱图中可以看出，在紫外到可见区有3个吸收峰，分别为位于580.6，593.6,616.8的发光峰，分别对应于5D0-7F0, 5D0-7F1, 5D0-7F2 ，其中以5D0-7F2（616.8nm）的跃迁最强。
在616.8nm左右产生的窄而强的特征吸收，说明配体在吸收光能后将能量传递给了稀土离子，使得发光中心Eu有荧光增强作用，又进一步说明了配体和稀土金属发生了配位，而不是简单的掺杂；且其周围没有其他吸收，表明配合物的荧光主要以616.8 nm 成分为主，单色性非常好。
2.紫外分析以二氯甲烷为溶剂，测定了游离配体和稀土配合物的紫外光谱邻菲罗啉的紫外光谱图乙酰水杨酸的紫外光谱图Eu配合物的紫外光谱图Eu配合物在紫外区产生跃迁的吸收光谱λ=230nm、270nm和290nm，而乙酰水杨酸游离配体的不饱和的C=O的π—π*跃迁为λ=232和276nm，其中λ=232nm为酯羰基的π—π*跃迁，它没有与稀土离子配合，λ=276nm为酸羰基的π—π*跃迁，O上的孤对电子与稀土离子配位，形成配合物发生了蓝移；邻菲罗啉游离配体C=O的π—π*的跃迁为λ=230和264nm，形成配合物发生了红移。
稀土发光材料的合成方法
5 共沉淀法
共沉淀法是利用金属离子与沉淀剂在溶液中 进行共沉淀反应, 然后在高温下煅烧得到所需产 物。在实际中已有许多应用 [ 29, 30] , 表明该法合成 的荧光体具有良好的发光性能。
在用共沉淀法合成稀土发光材料的操作过程 中, 对产品有影响的主要因素有: 沉淀剂溶液体系 和金属盐溶液体系的选择及其浓度; 原料配比的 选择; 稀土溶液总浓度; 尿素浓度; 沉淀过程的 pH 值; 分散剂和表面活性剂的选择; 沉淀剂溶液和金 属盐溶液的混合方式; 洗涤条件和干燥条件; 煅烧 的温度和时间等等。
3 微波辐射法
微波合成的产品具有物相纯, 稀土掺杂浓度 高, 发光强度大等特点。因而在化学合成领域受 到的高度的重视, 在稀土发光材料的合成中也有 了较广泛 的应用。国内 主 要是 张迈 生、杨燕 生 等 [ 19~ 21] 研究较多, 合成了多种荧光体并分析了它 们的发光性质。但微波辐射法仍存在一些问题, 有待于进一步的探讨和深入研究。例如, 其反应 机理仍不是很清楚, 反应温度的控制, 大规模的生 产应用方式等。
水热法合成稀 土发光材料具 有反应条 件温 和, 可以创造平衡缺陷浓度和生成新物相; 制得的 粉体晶粒发育完整, 结晶度良好, 粒径很小且分布 均匀, 有利于改善材料性能; 团聚程度很轻, 可以 得到理想化学计量组成的材料; 无需煅烧和研磨, 避免了晶粒团聚、长大以及杂质和结构缺陷, 减少 了发光损失 等优点。但水 热法毕竟属于 高压合 成, 对反应设备的要求较高, 且反应不易控制, 因 此目前只能 用来少量生产 或进行科学研 究。总 之, 水热合成法都是一种极具潜力的合成方法, 具 有很大的研究空间, 例如反应过程中的机理和变 化, 非水的溶剂热法的研究等。
稀土铽-水杨酸配合物的合成及荧光性质
凝胶法制备 了掺杂稀土铽一 水杨酸二元配合物 的 ＳＯ 凝胶玻璃复合发光体。对合成的配合 物进 行了表征 ， 紫外光激发 ｉ２ 在
下 ，它们均能发射 出铽离子 的特征荧光 。
【 词】 关键 铽离子 ；水杨酸 ；荧光性质 ；溶胶－ 凝胶法 【 中圈分类号】 Ｔ 【 文献标识码】 Ａ ［ 文章编号】 ０．８５ ０８１－ ３－２ １ ７１６（ ０） ０ ６ ０ ２ ２０ ０
１１原 料和 试剂 ．
Ｔ ４ （９９％） ｂＯ７ ． ，水杨 酸（ ａ） ， 一邻 菲罗啉（ｈｎ、正 ９ Ｈｓ１ １ 、１ ０ ｐｅ） 硅酸 乙酯（ Ｅ ） Ｔ ＯＳ及其它试剂均为分析纯。
稀土离子之一 ， 特别是 当它与芳香羧酸配位 时能产 生强发射并 具有优 良的发 光性能 ， 具有广 阔的应 用前景 。 文章采 用共沉淀 法分别合成 了稀土铽一 水杨酸 、 水杨酸一 铽一 邻菲罗啉两种稀土配
形成透 明溶胶 ， 然后在恒温水浴 中回流至形成透 明的凝胶 ， 将 凝胶在 ４ ０℃以下干燥一段时间， 再在恒温干燥箱中逐步升温至
（ ｈ ｍｉａ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＣ ｌ ｇ ， ｈ ｎｉｎ ｏｍａ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎｉ ｇ５ ４ ４ ， ｈｎ ） Ｃ ｅ ｃ ｌ ｃｅｃ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｏｌ ｅ Ｚ ａｊ ｇＮ ｒ ｌ ｉｅｓｙ Ｚ ａｊ ｎ ２ ０ ８ Ｃ ｉａ ａ ｅ ａ ｔ ａ
稀 土 二元 配 合 物 Ｔ （ ａ ３ 三 元 配 合 物 Ｔ （ ａ） ｈ ｎ ｂＨＳ １ 及 ） ｂＨｓ１ Ｐ ｅ 。 ３
璃基质中引入了稀土铽一 水杨酸二元配合物 ， 通过对合成的稀
土配合物进行表征 ，分析 了它们 的荧 光特性 。
１ 实 验 部 分
【 稿 日期】２ ０．６２ 收 ０ ８０－７
乙酸类稀土配合物／聚丙烯酰胺的合成及其发光性能
共 轭结构 的 一 酮配体 的稀 土 Ｅ 二 ｕ配合 物 观察 到
中心 离子 Ｅ “离子 的特 征线 状发 射 ， 后相 继 发 ｕ 其
（ Ａ ） 加饱 和 乙酸铵溶 液调 到 ｐ Ｈ ｅ， Ｈ一５ 于室温 下 ，
现 了其它一 些稀 土有 机 配 合物 、 聚合 物 光致 发 光 现象 。 常用 的有 机 配 体 有 一 酮 类 、 酸类 、 二 羧 大
乙 酸类 稀 土 配合 物／ 聚丙 烯 酰 胺 的 合成 及 其 发 光性 能
林美娟 ， 珍 ， 胡 王 文，章文贡
（ 福建师范大学 化学与材料学院 福建省高分子材料重点实验室 ， 福建 福州 ３０ ０ ） ５０ ７
摘要 ： 以小分子乙酸和乙酸铵为配体， 合成了水溶性乙酸类稀土配合物 Ｎ Ａ 肛 为 ｒ 或 Ｅ ） Ｈ艇 ｃ（ ｈ ｕ 。将该
材 料方 面的应用逐 步产 生 了兴趣 。
聚合 管 ， １ｍ 加 Ｌ蒸馏 水 溶解 ， 入 ０ １ｇ丙烯 酰 加 ．
胺 （ Ｍ） 体 和 质 量 分 数 为 ０ ５ 的 过 硫 酸 铵 Ａ 单 ．％ （ Ｐ ） 发 剂 ， 荡 摇 匀后 于 ７ ＡＳ引 振 ５℃ 聚合 ６ ｉ ， ０ ｍ ｎ 即可得到无 色透 明 聚合 物黏 流体 ； 膜 ， ５ 铺 于 ０℃ 、 ０ ０ ５ＭＰ ． ８ ａ真空 烘 箱 干燥 成 膜 ， 冷却 后 即可 得 到
无机化学实验讲义
封皮实验指导书稀土发光材料—铕(Ⅲ)、铽（Ⅲ）β-二酮配合物的制备及表征指导教师简介：高洪苓（1975年出生），女，副教授/博导，主要从事金属络合物型功能材料及新型光电材料研究，现担任天津大学无机实验室主任和无机党支部书记。
E-mail：ghl@参赛队长：张亚敏（1993年出生），女，2012级，专业：化学工程与工艺。
E-mail：3012210057@稀土发光材料—铕(Ⅲ)、铽（Ⅲ）β-二酮配合物的制备及表征作者：张亚敏徐冀健居辰阳天津大学理学院应用化学系摘要：四水合醋酸铕、四水合醋酸铽分别与乙酰丙酮在60℃下水浴加热回流，生成两种稀土β-二酮配合物，在紫外灯下观察配合物发光现象，对其进行荧光、红外与热重表征，分析配合物的组成与性质。
关键词：稀土发光材料；β-二酮配合物；乙酰丙酮；表征实验学时:6学时适用年级:大二以上前言稀土配合物的发光性能及应用一直引起人们广泛的研究兴趣，其中，Eu(Ⅲ)、Tb(Ⅲ)化合物具备强的荧光特性。
在常用的有机配体中β-二酮类化合物是一类良好的金属螯合剂，它与稀土离子形成的配合物具有稳定的化学性质和优异的发光性能，目前文献报道中，以乙酰丙酮及其衍生物为配体的稀土发光材料的研究非常引人注目[1]。
因此，本实验选择乙酰丙酮为配体，与Eu(Ⅲ)、Tb(Ⅲ)稀土离子反应制备稀土配合物。
目前我国本科无机及分析化学实验教材中鲜见关于稀土配合物制备与分析的内容，而在理论教学中稀土元素是必修内容。
因此，本实验的设计与推广不仅能够提升学生的实验技能，还能加强学生对稀土元素的深入理解，弥补国内本科无机及分析化学实验教材、教学中稀土配合物方面的欠缺。
从原料方面考虑，我国是稀土大国，稀土原料无毒、易购、价格适中，实验结束后稀土化合物可回收利用，绿色环保。
实验产物为优良的稀土发光材料，能够激发学生的实验兴趣。
本实验产物还可以引入适宜的第二配体转化为结构新颖、功能独特的新型发光材料，该方向为当前化学及材料领域的研究前沿及研究热点，有利于培养学生的科研兴趣及探究能力。
稀土钐配合物发光材料的研究
稀土钐配合物发光材料的研究稀土钐配合物发光材料的研究引言：随着光电子技术的快速发展，人们对高性能发光材料的需求日益增加。
稀土钐配合物作为一种重要的发光材料，在光电子器件、激光器、LED照明等领域得到了广泛的应用。
本文将对稀土钐配合物发光材料的研究进行综述，包括其发光机制、制备方法以及应用前景。
一、稀土钐配合物的发光机制稀土钐配合物的发光主要源于钐离子在激发能量作用下的发射过程。
当稀土钐配合物受到激发能量的激发时，内部的钐离子会跃迁至高能级，然后再返回低能级时会辐射处于可见光范围内的光子，从而实现发光效果。
其中，稀土钐配合物的结构和化学组成对其发光性能有着重要影响。
通过调控配体的结构和钐离子的配位环境，可以优化钐离子的能级结构，提高发光效率和色纯度。
二、稀土钐配合物的制备方法稀土钐配合物的制备主要依赖于合成化学和材料化学的方法。
常见的制备方法包括水热法、溶胶凝胶法、热法和溶液法等。
其中，水热法是一种常用且简便的制备方法。
通过在高温高压水的条件下反应，可以得到颗粒均匀、纯度高的稀土钐配合物。
溶胶凝胶法是一种通过控制溶胶和凝胶的形成过程来制备材料的方法，能够实现对材料形貌和晶体结构的精确控制。
热法和溶液法则更适用于大批量材料的合成。
三、稀土钐配合物的应用前景稀土钐配合物具有发光效率高、发光色纯度好、发光色温可调等优点，因此在光电子器件、激光器、LED照明等领域具有广阔的应用前景。
在光电子器件中，稀土钐配合物可以用于制作荧光显示屏、荧光探针和传感器。
在激光器中，稀土钐配合物可以用作激发材料，通过激光激发产生高能量激光。
在LED照明领域，稀土钐配合物可以用于制备高效能的白光LED。
然而，目前稀土钐配合物发光材料在制备过程中还存在一些挑战和问题，例如合成方法复杂、制备成本高、发光效率低等。
因此，未来的研究需要在改进制备方法的同时，进一步探究稀土钐配合物的内部发光机制，以提高发光效率并完善其性能。
结论：稀土钐配合物作为一种重要的发光材料，在光电子技术领域具有广阔的应用前景。
稀土发光材料 1
稀土发光材料摘要：亘古至今，人类就喜好光明而厌恶黑暗，梦想着有一天能随意地控制光。
而今，我们已发明了很多实用的发光材料。
稀土元素在这些发光材料中起了很大的作用，远远超过了其它元素。
稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃迁而产生的。
稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外线的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点。
稀土发光材料已经在新光源、显示显像、X射线增光屏等各个方面上广泛应用了。
稀土化合物的功能和应用技术是21世纪化学化工的重要研究课题，而发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，因此稀土发光材料的研究具有格外重要的意义。
关键词：稀土元素稀土发光材料 4f电子1.稀土发光材料的发光机理及特性1.1稀土发光材料的发光机理稀土化合物的发光是基于它们4f电子层在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。
具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱中大约有30000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。
稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性使稀土成为巨大的发光宝库，从中可以发掘出更多新型的发光材料[1]。
1. 2稀土发光材料的发光特性稀土发光材料的发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；而且荧光寿命从纳秒到毫秒，达到6个数量级；材料的物理和化学性能稳定，耐高温，能承受大功率电子束，高能辐射和强紫外光的作用。
正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高技术材料的主要研究对象[2]。
2.稀土发光材料的分类根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光、电致发光、阴极射线发光、放射性发光、X射线发光、摩擦发光、生物发光以及化学发光材料等。
下面主要介绍光致发光材料、电致发光材料和阴极射线发光材料。
2.1光致发光材料因为稀土离子本身所具有的独特结构和性质，使得其在与有机配体配合后，具有能发出稀土离子发光强度高、颜色纯正的荧光和有机发光化合物所需能量低、荧光效率高、易溶于有机介质的优点。
稀土荧光材料的制备及其在LED照明中的应用
稀土荧光材料的制备及其在LED照明中的应用随着照明技术的不断发展和进步，LED照明已经成为一种主流的照明方式。
在LED照明中，稀土荧光材料的应用是非常重要的，它可以将蓝色光转化成绿色、红色或黄色光，从而实现白色光。
本文将介绍稀土荧光材料的制备和其在LED照明中的应用。
一、稀土荧光材料的制备稀土元素具有特殊的电子结构，它们的电子能级非常复杂，在光激发下会发生辐射跃迁，从而产生荧光现象。
因此，稀土元素和它们的化合物被广泛应用于荧光材料中。
稀土荧光材料的制备方法主要有三种：溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热法。
溶胶-凝胶法是将稀土离子通过配合物或水解后溶解在水中，加入控制剂、表面活性剂等，形成胶体，通过加热、煅烧等过程制备出稀土荧光材料。
共沉淀法是将稀土离子和其他金属离子一起溶解在水溶液中，加入适当的碱性剂，促使稀土离子和其他金属离子共同沉淀出来，通过煅烧、退火等过程制备稀土荧光材料。
水热法是将稀土离子和其他金属离子一起溶解在水中，在高温高压下反应，形成稀土荧光材料。
以上三种制备方法都有各自的优缺点，可以根据具体需求选择适合的方法。
二、稀土荧光材料在LED照明中的应用稀土荧光材料在LED照明中的应用非常广泛，主要用于制备白光LED。
目前，以氧化铟为基础材料的蓝光LED已经非常成熟，而稀土荧光材料的应用可以将蓝光转化成绿色、红色或黄色光，从而实现白光。
稀土荧光材料在LED照明中的应用可分为两个方面：一是将稀土荧光材料覆盖在蓝光LED芯片上，形成混合光源的白光LED；二是将稀土荧光材料掺杂到LED芯片中，形成彩色LED。
对于第一种应用，由于稀土荧光材料的转化效率较低，因此需要在稀土荧光粉的前面加入黄色荧光粉，以提高发光效率并丰富色彩。
目前，市场上常见的白光LED主要有以下几种：1.蓝光LED+黄色荧光粉：这是最早采用的白光LED制备方法，由于黄色荧光粉的发光效率较高，因此得到了广泛应用。
2.蓝光LED+红色荧光粉+绿色荧光粉：这种白光LED可以实现宽色域和高显色指数的要求，但是不能满足高亮度和高光效的需求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2009届应用化工技术专业毕业设计（论文）题目：稀土配合物发光材料的制备班级：化工0 9 0 2姓名：汤孟波学号： 200900232028指导老师：邢静完成时间： 2012 年 6 月前言由于稀土离子具有特殊的4f电子组态能级、4f5d能级及电荷转移带结构,使稀土发光材料已经成为信息显示、绿色照明工程光电子等领域的支柱材料。
稀土发光材料可分为光致发光(以紫外光或可见光激发)、阴级射线发光(以电子束激发)、X射线发光(以X射线激发)以及电致发光(以电场激发)材料等。
与非稀土荧光材料相比,稀土荧光材料其发光效率及光色等性能都更胜一筹。
近年来,稀土发光材料的应用得到了迅猛发展,被广泛用于终端显示、光电子器件及激光技术领域。
基于稀土离子4f电子跃迁的电子学、光学等充满前景的独特性质与纳米材料特性相结合,使具有表面特性和量子尺寸效应的稀土纳米复合发光材料是很有前景的一类功能材料[1]。
本文将以氧化钇稀土制备为例，介绍稀土发光材料的制备过程。
摘要稀土发光材料在照明、阴极射线光管和场发射等领域已得到广泛的应用；在节能灯、三基色、荧光粉、发光二极管灯、平面无汞荧光灯节能照明领域拥有无限广阔前景。
文章重点论述了稀土——氧化钇用离子交换法和萃取法的制备和其各自特点与稀土的应用。
关键字：稀土氧化钇萃取离子交换目录第一章氧化钇的生产方法1.1萃取法 (3)1.1.1萃取法的工艺体系分类 (3)1.1.2萃取法的工艺流程图 (5)1.1.3有机相准备 (5)1.1.4除杂 (7)1.1.5萃取 (7)1.1.6二步萃取 (8)1.2离子交换法 (8)1.2.1准备 (9)1.2.2交换 (10)1.2.3淋洗 (10)1.2.4沉淀 (11)1.2.5树脂再生 (11)第二章产品质量标准2.1产品质量标准（参考标准） (12)第三章氧化钇的应用3.2氧化钇的应用 (13)参考文献 (15)第一章氧化钇的制备方法氧化钇的生产方法主要有萃取法和离子交换法[2]。
萃取法使用萃取剂从混合稀土溶液中分离三价钇，经反萃后用草酸沉淀或浓缩在灼烧得氧化钇，离子交换法是用阳离子交换树脂吸附稀土阳离子，然后用醋酸铵做淋洗剂将稀土元素依次淋洗出来，得含钇的淋洗液，加草酸沉淀钇，然后灼烧得氧化钇。
离子交换法得到高纯度的单一产品，设备简单，易操作，投资少见效快。
但离子交换法与萃取法相比生产周期长，生产效率低，生产成本比较高，因此氧化钇提取方法已逐渐转向萃取法。
1.1萃取法1.1.1 萃取法用于工业生产的主要体系①N263-重溶剂-煤油-RE（N03)3-LiNO3-HNO3体系接N263-重溶剂-NH4SCN-RECl3-HCl体系②P-煤油-RECl3-HCl体系204-混和醇-煤油-RECl3-HCl体系接环烷酸-混和醇-煤油③N263-RECl3-HCl体系④环烷酸-混和醇-煤油-RECl3-HCl体系或接环烷酸-混合醇煤油-RE（NO3）3-HNO3在这些体系中环烷酸体系具有工艺周期短，杂质分离完全，产品纯度比较高，环烷酸有机相价格便宜，劳动力消耗少，有害气体少等优点，值得推广应用，在此重点分析萃取法分离生产氧化钇的方法。
环烷酸萃取法生产氧化钇的主要化学方程式环烷酸皂化（环烷酸用HA表示）HA+NH3·H2O（浓）→NH4A+H2O萃取稀土离子3NH4A+RE3+→REA3+3NH4+反萃取REA3+3HCl→RECl3——3HA除去稀土后的残叶分离除去非稀土杂质用环烷酸铵萃取Y3+YCl3+3NH4A→YA3+3NH4Cl用HCl反萃YA3+3HCl→YCl3+3HA用草酸沉淀草酸钇2YCl3+3H2C2O4→Y2 (C2O4) 3↓+6HCl草酸钇灼烧成氧化钇2Y2(C2O4) 3+3O2→Δ2Y2O3+12CO21.1.2 萃取法制氧化钇的工艺流程图： 氯化物混和醇 煤油 浓氨水 富钇稀土环烷酸 N 235有机相水相残液 HCl 草酸有机相水相 有机相氯化铵回收 循环使用 Y 2O 3 1.1.3 有机相准备环烷酸为羧酸类萃取剂，其基本结构式为RCH-CHRCH （CH 2)nCOOHRCH-CHRR 为（CH 2)n H 或H ，环烷酸是一种混合酸，分子量在200-400之间，无确定的沸点，酸值粘度、密度、流程等物理常数随分子量的大小而改变，对每一批环烷酸原料在使用前应进行分析，以便正确配制有机相。
有机相准备 皂化 除杂 预平衡萃取 萃取 反萃 沉淀 过滤灼烧环烷酸主要来源于石油，也可人工合成，但人工合成成本高，故一般使用石油工业产品。
石油中的环烷酸提取可先用碳酸钠与石油充分接触反应，环烷酸发生皂化反应溶于水相中，不能皂化的物质人留在有机相中。
水相中加入强酸与水相分开，分出的环烷酸进行减压蒸馏，在真空度为799.8-1333Pa下收集110-210℃馏分得粗环烷酸，一般石油化工出售粗产品。
粗环烷酸经提纯才能使用，其提纯步骤如下：在粗环烷酸中加入过量的碳酸钠溶液，加强力搅拌并加热至沸腾，使环烷酸充分皂化，皂化完后加入有机溶剂，有机溶剂中含苯与乙醇，苯：乙醇=3.2：1，震荡5min，静置分层，分出上层，下层环烷酸钠水溶液再用笨继续提纯，以除去不皂化物，反复多次，直到苯颜色不加深为止。
水相用盐酸中和，环烷酸与水相分离，分离后的环烷酸用去离子水洗涤至水相为中性。
将环烷酸常压蒸馏，加热至80℃时有馏分溢出，此为苯和乙醇，可回收利用。
然后在799.8-1333Pa压力下进行减压蒸馏，收集110-210℃馏分，即为萃取用的环烷酸，是淡黄色有机溶液。
提纯后的的环烷酸即可用于萃取有机相的配制，有机相的组成为环烷酸-混和醇-煤油。
环烷酸的比例有20%、15%、10%等多种，混合醇的比例为20%、15%、10%等多种，其余为煤油，本法是使用环烷酸20%、混合醇20%，煤油60%的有机相。
配好后的有机相进行皂化，以防止萃取反应：3HA+RE3+→REA3+3H+放出大量的氢离子，致使平衡向左移动，不利于生成环烷酸稀土，故需先将环烷酸中的氢离子被NH4+取代，使环烷酸皂化生成环烷酸铵，皂化可采取加浓氨水的方法进行，皂化完后用标准盐酸进行分析测定氨值，其方法如下：取一定体积的以皂化的有机相于锥形瓶中，加入30ml去离子水，再加入1-2滴甲基橙溶液，用0.1mol/L标准盐酸滴定至溶液颜色由黄变红，即为终点。
按公式c（环烷酸）=c（盐酸）·V HCl/V（有机相）毫升值计算，若有机相环烷酸酸值为0.64-0.66mol/L,则要求氨化值为0.56-0.60mol/L。
在实际操作中可根据计算来求出有机相中所需加入浓氨水的量，然后再将浓氨水逐渐加入到有机相中即可。
1.1.4除杂环烷酸萃取提纯氧化钇的水相主要为混合稀土，要求磷钇矿混合稀土中Y2O3>50%，离子吸附性混合稀土Y2O3>60%,褐钇铌矿混合稀土Y2O3>50%独居石的富钇稀土混合物Y2O3为70%，这四种原料均适用于萃取分离体系，但均含有一定的非稀土杂质，这些杂质在萃取过程中会发生水解，造成体系乳化，使生产无法进行，故需进行除杂。
首先将混合稀土用盐酸溶解，然后调节pH值为4-5，再加丁基黄原酸钠，加热至沸，竟有沉淀产生，冷却后静置过滤，可除去大部分铁、硅、铅等杂质。
也可采用萃取法除杂，即将混合稀土用盐酸溶解后，用含N5%、混合醇15%和煤油80%的有机相按有机相：水相=1:1 235的比例混合萃取，可除去大部分的铁、铅、锌等杂质。
1.1.5萃取经化学法萃取法除杂的稀土水溶液如果直接进入萃取，在界面上会出现污物，影响萃取槽的正常运转，为保证生产的正常进行，需用环烷酸有机相与稀土水溶液预平衡一次，使界面上的污物留在有机相中，便于进行集中处理。
经预平衡的稀土水相再配制成含RECl31mol/L 的料液进行萃取，pH值调节到4，用含环烷酸20%和混合醇20%的没有溶液萃取上述经处理的料液，其有机相与料液的体积比为6:1萃取级数为65-80级，萃取后的有机相用2.0mol/LHCl按体积比为6:1.2的比例进行洗涤，洗涤级数为5-15级，洗涤液与萃取水相混合用于下一步分离非稀土杂质。
有机相含有非钇稀土，用2mol/L HCl进行反萃，相比为1:1，反萃级数为10级。
反萃液经浓缩或沉淀后得非钇稀土，有机相可循环使用。
1.1.6二步萃取上步得到的萃余液和洗涤液混合后经调解使其浓度为0.25mol/L RECl3,pH值为5，该料液使用含环烷酸15%和混合醇15%的煤油溶液进行萃取，有机相的酸值为0.45-0.47mol/L，皂化后的氨值为0.45mol/L。
有机相与料液的体积比为2:1，萃取6-8级，然后用0.3-0.5mol/LHCl 洗涤有机相，有机相与洗涤液之比为2:1，洗涤8-10级，洗涤液与萃余液合并，经浓缩得氯化铵。
有机相再用3mol/LHCl 经6级进行反萃，有机相与反萃液之比为10:1.反萃后的有机相可循环使用，反萃液中加入稍过量的草酸，使钇生成草酸钇沉淀，过滤洗涤后放马弗炉中于800℃下灼烧得氧化钇产品，产品纯度大于99.99%，收率为84%。
若以含Y2O3约99%的产品为原料，用20%环烷酸15-20% 混合醇，65-60%磺化煤油为萃取有机相，经32级萃取，7级洗涤，可得纯度为99.999%高纯氧化钇，收率为80-90%。
1.2离子交换法是用阳离子树脂吸附稀土元素，然后通过淋洗剂使稀土分离，收集含钇淋洗段洗剂，加草酸沉淀出草酸钇再灼烧得氧化物，其主要反应如下：3R-SO3NH4+Y3+→(R-SO3)3Y+3NH4+(R-SO3)3Y+3NH4+→3R-SO3NH4+Y3+2-→Y2(C2O4)3↓2Y3++3C2O42Y2(C2O4)3+3O2→2Y2O3+12CO2离子交换法生产氧化钇的流程图如下：RECl3 NH4AC 草酸R-SO3Na→准备→交换→淋洗→沉淀→过滤→灼烧→Y2O31.2.1准备离子交换法分离稀土的生产一般采用732型强酸性阳离子交换树脂，该树脂在出厂时一般呈风干状态，并含有一定量的有害金属离子如Fe3+等。
故在使用前需加以处理，同时清除树脂中的杂质。
首先将树脂用去离子水浸泡24h，使树脂充分膨胀，根据吸附柱与分离柱的不同要求将树脂过筛，粒度分别为60-80目和80-100目。
然后将浸泡液弃去，再加入2mol/L盐酸浸泡，在不断搅拌下浸泡24h，使树脂全部转化为H+型，同时除去溶于酸的杂质。
将酸液尽量到出，在用去离子水多次冲洗，直至清水的pH值3-4为止，可将树脂装入交换柱中。
交换柱是由有机玻璃板或聚氯乙烯板卷制并焊接而成，底部呈锥形，圆柱体与椎体的交界处焊一块筛板，筛板上均匀的铺一层玻璃纤维，然后再装入树脂。