氢氧化钇和氧化钇的合成

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纺锤形氢氧化钇和氧化钇的微波快速合成、表征及其光学性能研究／黄宜祥等 ·381·

纺锤形氢氧化钇和氧化钇的微波快速合成、表征及其光学性能研究

黄宜祥1，杨德生2，王师金1

(1江西师范大学化学化工学院，南昌330022；2新余四中，新余338000)

摘要 在乙二胺四乙酸二钠(EcrrA)存在的条件下，用微波加热法快速合成了大量纺锤形氢氧化钇。考察了

微波加热时间对合成的影响。结果表明，微波加热15min可制备形状貌均一且结晶良好的纺锤形氢氧化钇，其颗粒

长度为2．5～4．0t嚏ra，宽度为400～900nm。将纺锤形氢氧化钇在500℃煅烧4h后可得纺锤形氧化钇，同时用相似方

法还成功制备出纺锤形Y2Q：Eu3+，对其光学性能进行了研究，发现当激发波长为465nm时，最强发射峰在

613nm。用XRD、SEM对合成的产物进行了表征，并对纺锤形氢氧化钇形成的机理进行了简单探讨。

关键词 氢氧化钇氧化钇微波发光

中图分类号：06ii．62 文献标识码：A

Spindle-like Yttrium Hydroxide and Yttrium Oxide：Microwave Synthesis，

Characterization and Photoluminescence Properties

一

HUANG Yixian91，YANG Deshen92，WANG Shijinl

(1 College of Chemistry and Chemical Engineering，Jiangxi Normal University，Nanchang 330022；

2 Xin Yu No．4 Middle School，Xinyu 338000)

Abstract Spindle-like Y(OH)3 is prepared on alarge scale in short time with the assistance of microwave hea-

ting in the presence of disodium ethylenediamine tetraacetate(E】DTA)．The effect of microwave heating time on the

synthesis is investigated in details．The results showthat uniform andwell crystallized spindle-like Y(OH)3 can be ob—

rained in 15rain．The spindle-like products are in a length of 2．5tan to 4．0vxn and awidth ranging from 400rim to

900rim．The spindle-like Y(OH)3 is converted to spindle-like Yz()3 after thermal decomposition at 500"C for 4h Spin-

die-like Y203：Eu3+powder is also prepared and the photoluminescence(PL)properties are studied．Under the exci—

tation of 465nm light，the most intense emission peak locates at 613nm．The products are characterized by X-my dif—

fraction(XRD)，scanBjIlg electron microscopy(SEM)．A possible formation mechanism for the spindle-like Y(OH)sis

suggested．

KeyWOldS yttrium hydroxide，yttrium oxide，microwave

，luminescence

微波辅助水热法制备出旷Fe：03纳米环等纳米结构[zl,zz]。
0引言
近年来，微波加热技术也开始应用于稀土化合物微／纳米材

Y：03被广泛用于发光材料[1‘、先进陶瓷‘2’3]、超导体[4|、 料的制备。例如，均匀的稀土氧化物纳米棒、纳米线和纳米

绝缘体[51和传感器等[6]，特别是在光学领域中的应用备受关 片[23|、Eu3+掺杂的镧氧化物纳米须[24]和亚微米结构的稀土

注。Y：03：Eu3+是最重要的红色荧光粉，由于其具有高的荧 锰复合氧化物嵋5]等均已由微波加热法制得。

光量子产率而被广泛应用于照明和显示等领域。众所周知， 据悉，鲜有关于氢氧化钇微波合成的研究[2引，尚未见用

微／纳米材料的性质受其尺寸和形貌的影响，因此对其尺寸 微波合成纺锤形氢氧化钇颗粒的报道。本实验用微波加热

和形貌进行研究具有一定的理论指导意义和实际应用前 法快速制备了纺锤形氢氧化钇，考察了反应时间对合成的影

景i7舟]。科研工作者通过不同的方法来控制Y(OH)。的尺寸 响。在500"C煅烧4h后得到了纺锤形Y203颗粒。纺锤形

和形貌，取得了较好的进展。如氢氧化钇的纳米管[9叫1]和纳 Y：Os：Eu荧光粉也通过相似的实验步骤得以合成。并对其

米线‘挖]，氧化钇的纳米片口“、纳米带L14]、微棱柱‘153等均已被 光学性质进行了研究。

合成。
1 实验
与传统合成方法相比，微波加热法能显著缩短反应时

间，提高产率和减少副反应的发生，是一种新兴的绿色、快速 1．1纺锤形Y{OH}3的制备

节能的加热方法口6_引。此外，微波加热法还具有操作简单和 将Y(NOs)。·6H：O(0．5mmol／L)在搅拌条件下溶于

易于控制的特点，已广泛应用在无机合成中[z…。Yu等通过 25mL去离子水中，然后加入EDTA(o．5mmol／L)，搅拌

黄宜祥：男，1953年生，实验师，主要从事无机功能材料的研究Tel．0791—8120380 E—mail：zslxhl@yahoo．cn

万方数据

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·382· 材料导报 2010年11月第24卷专辑16

60min。再将NaOH(0．15t001)加入上述混合溶液中，继续搅 不规则颗粒完全消失，产物由纺锤形和星形颗粒组成(见图2

拌30min后把混合物放入微波炉中加热。

微波加热功率和 (b))。当反应时间延长到15min时，产物为形貌均一的纺锤

频率分别为90W和2450MHz(实验所用微波炉是经改装的 形Y(OH)3颗粒，其长度为2．5～4．opm，宽度为400～

家用微波炉，顶部配有冷凝装置)。反应完成后，冷却至室 900nm(见图2(c))。将反应时间为15min时所制备的样品

温，将沉淀离心分离，分别用去离子水、乙醇交替洗涤3次。 在500℃煅烧4h，所得产物的形貌基本不变，只是颗粒尺寸

产物在80。C干燥4h，得到Y(oH)。纺锤形颗粒并将其在 略有减小(图2(d))。

500℃煅烧4h即可得到Y203纺锤形颗粒。

Y。03：Eu3+(5％摩尔分数，下同)纺锤形颗粒的制备过

程与Y。03制备过程相似，用Eu(N03)。·6H。O替换5％的

Y(N()3)。·6H20。

1．2表征

用Philips X’Pert Pro Super X射线衍射仪测定产物的

XRD衍射图。用QUANTA 200型环境扫描电镜拍摄样品

的SEM图。用Fluorol093一TAU-P型荧光光谱仪在室温下

测得荧光光谱图。

2结果与讨论

2．1 X射线衍射分析

图1(a)是微波加热15min后所得产物的XRD图，所有

峰均与六方相Y(OH)。峰一致(JCPDS卡No．．83—2042)，没

有其它的杂峰。然而，一些峰的相对强度发生了变化，例如。

(101)峰的相对强度要远远低于标准卡片的(101)峰的强度， 图2不同微波加热时间制备的样品的SEM图

这可能是由于纺锤形Y(0H)。的取向生长引起的。此外， SEM of the as-obtained
Fig．2 photos products prepared

XRD图的峰形较为尖锐，表明所制备的Y(OH)。具有较好 after different microwave heating time

的结晶度。从此可知，用微波加热法可在短时间内合成高纯
度和高结晶度的Y(0H)。。将上述所得氢氧化钇在500'(2煅 SEM结果表明，产物先生成小颗粒，然后在微波场作用

下这些小颗粒经过Ostwald熟化过程形成纺锤形颗粒。虽
烧4h后所得产物的所有峰均与立方相Y203的峰相同
然纺锤形颗粒形成的确切机理还不是很清楚，但本课题组相
(JCPDS卡No．86—1107)(见图1(b))，并且没有其它的杂
峰。 信溶液中存在的EDTA在Y(OH)。纺锤形颗粒的形成过程

中起到了关键作用。众所周知，EDTA是一种高效的稀土离

子螯合剂，将EDTA加入到硝酸钇溶液中后可形成稳定的

Y-EDTA配合物，且Y-EDTA配合物与NaOH反应时，生成

Y(OH)。的反应速率非常缓慢。同时，由于释放出的EDTA

分子中含有许多氨基和羧基，又会吸附在生成的Y(oH)。颗

粒的表面，从而导致Y(OH)。的取向生长，因此在微波加热

条件下生成Y(OH)。纺锤形颗粒。然而，确切的机理还有待

进一步研究。

2．3光学性能分析

列，(。) 图3是Y：O。：Eu(5％)纺锤形颗粒在激发波长为465

图1微波加热15min后所得样品(a)和将样品在500．1C m时的发射光谱图，具有Eu3+5D0—7FJ(J—l，2，3，4)的特

煅烧4h所得产物(b)的Ⅺm图 征跃迁。5Do一7F1、5Do一7F2、5Do一7F3和5Do一7 F4的发射

Fig．1Ⅺm patterns of the sample prepared after microwave 峰位置分别在594nm、613rim、651nm和709nm，其最强发射

heating of 15rain(a)and the product obtained after 峰在613rim，属于Eu3十的5D0—7F2强迫电偶极跃迁。由图3
calcining thesample at 500。C for 4h(b) ’ 可知，其强度明显高于其它发射峰。5Do一7F：和5 D0—7F。的

2．2扫描电镜结果分析 强度之比与Eu3+所处的环境有很大关系。5D0—7F。属于磁

图2是不同微波加热时间所制备样品的SEM图。其中 偶极跃迁，其发光强度不受配位环境的影响，而5Do一7F2属

图2(a)是加热5min后所得样品的SEM照片，可知产物主要 于电偶极跃迁，Eu3+所处格点的对称性越低，其发光强度越

由具有不同长度和宽度的纺锤形、星形以及少量不规则颗粒 强。一般说来，5D。一7F：和5Do一7F。强度之比越大，Eu3+所

组成，表明此时产物的结晶度较差。延长反应时间至10min， 处位置的对称性越低[2引。在Y：03：Eu3+(5％)纺锤形颗粒

万方数据

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纺锤形氢氧化钇和氧化钇的微波快速合成、表征及其光学性能研究／黄宜祥等 ·383·

中，5Do一7 F2和5Do一7F，的强度之比为7．3，表明Eu抖在 sis of rare earth(Tb，Y)hydroxide and oxide nanotubes

Y。03基质中处于对称性低的位置，且无反演中心‘27】。 [J]．Adv Funct Mater，2003，13(12)：955

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图3 Y203：E矿+(5％)纺锤形颗粒的发射光谱
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Y2q：E矿+(5％)powder cross section I-J]．Cryst Growth Des，2005，5(4)：1527

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N。Kappe synthesis

3结论 der continuous-flow conditions[-j-]．Maeromol Rapid Com-

在微波加热条件下快速合成了大量的纺锤形Y(OH)。 mun，2007，28：395

颗粒，其长度为2．5～4．o扯m，宽度为400 900nm。EDTA 17 Dallinger D。Kappe C o．Microwave-assisted synthesis in

·wateras solvent I-J-i．Chem Rev，2007，107(6)：2563
的加入是合成纺锤形颗粒的关键因素。光致发光的结果表
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明，Y。O。：Eu3+纺锤形颗粒在613nm具有较强的红光发射。
synthesis-a review I-J]．Tetrahedron，2001，57(45)：9225
此法有望应用于快速制备其它稀土氢

氧化物和氧化物的超
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结构，相关研究正在进行中。
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