CN103113885A - 一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法 - Google Patents

一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法 Download PDF

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徐向宇
宋家庆
刘玉欣
李振虎
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Abstract

本发明公开了属于纳米材料制备技术领域的一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法。该方法以偏铝酸钠、硫酸铝和稀土硝酸盐为初始原料，在没有表面活性剂存在的条件下，水热合成稀土掺杂的纳米纤维状薄水铝石，以薄水铝石为前驱体经高温焙烧得到稀土铕掺杂的纤维状纳米氧化铝。制备得到的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料以氧化铝作为基质，其具体组成为：99.0-93.0wt%的氧化铝，1.0-7.0wt%的氧化铕；其纤维的直径为3-20nm，长度为50-200nm，长径比为10-20；当激发波长为394nm时，该材料在614nm处出现特征峰。本发明稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的制备方法工艺简单、操作安全，且成本低。

Description

一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法。
背景技术
稀土离子在不同基质中的发光性质已被广泛研究。在众多的稀土离子中，铕离子是一种有效的发光离子，铕离子处于亚稳态的电子由于在5s5p电子层的保护和屏蔽下进行跃迁，受周围电场的干扰影响较小，因此在形变时，能级分裂成宽度较窄的副能级，所以发出的荧光光谱较窄，并且彼此分离。
氧化铝作为一种优良的稀土离子掺杂发光材料的基质材料，由于其具有从紫外到近红外区高的光透过率，优良的机械强度，良好的化学稳定性，以及大的光学禁带宽度等特点，在稀土掺杂的发光材料领域被广泛的用作基质材料。纤维状氧化铝由于具有孔径大，比表面积高及孔隙体积大等特点，所以被广泛应用于催化和吸附领域。纤维状氧化铝常通过焙烧纤维状薄水铝石获得。
薄水铝石(boehmite)，也称一水软铝石，为氧化铝的水合物。薄水铝石有很多形貌，包括片状、纤维状和球形。其制备方法很多，包括直接沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法及水热法。文献Journal of Physical Chemistry,65(1961)1789（Colloidal alumina-the chemistry and morphology of colloidal boehmite）报道了1961年Bugosh首次用水热法制备出纳米纤维状薄水铝石。
刘辉等人在中国专利CN102391860A中提供了在表面活性剂的存在下通过水热合成和煅烧制备稀土铕掺杂的氧化铝纤维发光材料。但此法原料成本高，从前驱体薄水铝石相中除去表面活性剂是很困难的，导致产物中杂质的存在，获得的氧化铝纤维发光材料直径为300~500nm，长度为5~10um，长径比为10~30。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料及其制备方法。本发明以偏铝酸钠、硫酸铝和稀土硝酸盐为初始原料，在没有表面活性剂存在的条件下，水热合成稀土掺杂的纳米纤维状薄水铝石，以薄水铝石为前驱体经高温焙烧得到稀土铕掺杂的纤维状纳米氧化铝。
本发明制备的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料，该材料以氧化铝作为基质，其具体组成为：99.0-93.0wt%的氧化铝，1.0-7.0wt%的氧化铕；其纤维的直径为3-20nm，长度为50-200nm，长径比为10-20；当激发波长为394nm时，该材料在614nm处出现特征峰。
本发明的具体实施步骤包括以下：
(1)称取250-350g偏铝酸钠溶解于800-1200mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液；
(2)制备浓度为0.1-0.6mol/L的硫酸铝水溶液20-50mL，然后加入硝酸铕，铕离子与铝离子的摩尔比为0.005-0.1，优选0.005-0.02；
(3)将偏铝酸钠溶液在磁力搅拌的条件下，逐滴加入步骤(2)制备的混合溶液中，得到的悬浮液pH值控制在8-11；然后转移到高压反应釜中，110-200℃下处理6-48h；
(4)反应完成后自然冷却至室温，得到的白色沉淀物离心洗涤，60-100℃干燥，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在500-1800℃下焙烧2-8h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。
本方法在没有表面活性剂存在条件下，水热合成出稀土氧化铕含量为1-7wt%，直径为3-20nm纳米的纤维状氧化铝。并且当激发波长为394nm时，该稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维在614nm处出现特征辐射。本发明稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的制备方法工艺简单、操作安全，且成本低。
附图说明
图1是实施例1制得的稀土铕掺氧化铝纳米纤维发光材料的透射电镜照片；
图2是实施例2制得的稀土铕掺氧化铝纳米纤维发光材料的荧光光谱图；
图3是实施例3制得的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的XRD图谱。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明进行详细的说明，所有的实例按照本发明所述的操作步骤进行操作。
实施例1
精确称取166.60g十八水合硫酸铝，加去离子水500g，制得浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液；准确称取295g偏铝酸钠（德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3摩尔含量为50-56%，Na2O摩尔含量为40-45%），溶解于1000mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液A；取30mL 0.5mol/L硫酸铝溶液并加入0.067g硝酸铕，得到B溶液；在室温及搅拌的条件下，将制得的溶液A缓慢加到混合溶液B中，滴加至pH为10，白色悬浮液于室温下搅拌10min，得到均匀的白色悬浮液。
将得到的白色悬浮液封装在高压釜中，于180℃晶化24个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60℃干燥3小时，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在1200℃下焙烧3h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。
图1是稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的透射电镜图。从图中可以看出得到的稀土铕掺杂的氧化铝为纤维状。
实施例2
精确称取166.60g十八水合硫酸铝，加去离子水500g，制得浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液；准确称取295g偏铝酸钠（德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3摩尔含量为50-56%，Na2O摩尔含量为40-45%），溶解于1000mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液A；取30mL 0.5mol/L硫酸铝溶液并加入0.20g硝酸铕，得到B溶液；在室温及搅拌的条件下，将制得的A溶液缓慢加到混合溶液B中，滴加至pH为10，白色悬浮液于室温下搅拌10min，得到均匀的白色悬浮液。
将得到的白色悬浮液封装在高压釜中，于180℃晶化24个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60℃干燥3小时，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在1200℃下焙烧3h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。
图2是所得到的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的荧光光谱。从图中可以看出，当激发波长为394nm，所制备的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料在614nm处出现特征辐射。
实施例3
精确称取166.60g十八水合硫酸铝，加去离子水500g，制得浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液；准确称取295g偏铝酸钠（德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3摩尔含量为50-56%，Na2O摩尔含量为40-45%），溶解于1000mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液A；取30mL 0.5mol/L硫酸铝溶液并加入0.27g硝酸铕，得到B溶液；在室温及搅拌的条件下，将制得的A溶液缓慢加到混合溶液B中，滴加至pH为10，白色悬浮液于室温下搅拌10min，得到均匀的白色悬浮液。
将得到的白色悬浮液封装在高压釜中，于180℃晶化24个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60℃干燥3小时，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在1200℃下焙烧3h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。
图3是制得的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的XRD图谱。显示所获得的产物为α和θ氧化铝相，不存在稀土铕相。
实施例4
精确称取166.60g十八水合硫酸铝，加去离子水500g，制得浓度为0.5mol/kg的硫酸铝溶液。准确称取295g偏铝酸钠（德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3摩尔含量为50-56%，Na2O摩尔含量为40-45%），溶解于1000mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液A。取30mL 0.5mol/L硫酸铝溶液并加入0.27g硝酸铕，得到B溶液。在室温及搅拌的条件下，将制得的A溶液缓慢加到混合溶液B中，滴加至pH为10，白色悬浮液于室温下搅拌10min,得到均匀的白色悬浮液。
将得到的白色悬浮液封装在高压釜中，于180℃晶化24个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60℃干燥3小时，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在1200℃下焙烧3h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。

Claims (2)

1.一种稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料，该材料以氧化铝作为基质，其特征在于，其具体组成为：99.0-93.0wt%的氧化铝，1.0-7.0wt%的氧化铕；其纤维的直径为3-20nm，长度为50-200nm，长径比为10-20；当激发波长为394nm时，该材料在614nm处出现特征峰。
2.根据权利要求1所述的稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
(1)称取250-350g偏铝酸钠溶解于800-1200mL去离子水中，配成偏铝酸钠溶液；
(2)制备浓度为0.1-0.6mol/L的硫酸铝水溶液20-50mL，然后加入硝酸铕，铕离子与铝离子的摩尔比为0.005-0.1，优选0.005-0.02；
(3)将偏铝酸钠溶液在磁力搅拌的条件下，逐滴加入步骤(2)制备的混合溶液中，得到的悬浮液pH值控制在8-11；然后转移到高压反应釜中，110-200℃下处理6-48h；
(4)反应完成后自然冷却至室温，得到的白色沉淀物离心洗涤，60-100℃干燥，得到稀土铕掺杂的纳米纤维状薄水铝石，在500-1800℃下焙烧2-8h得到稀土铕掺杂氧化铝纳米纤维发光材料。
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