CN106835180B - 一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法 - Google Patents

一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，本发明涉及稀土硫氧化物的制备方法。本发明是要解决现有的稀土硫氧化物的制备方法工艺复杂，反应温度高合成时间长的技术问题。本方法：把LiCl、KCl、KSCN、稀土源加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到电解质体系，以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，进行恒电流电解，将电解槽沉积物质取出，降温，过滤，洗涤、烘干，得到稀土硫氧化物发光体基质材料。本方法得到的产物颗粒尺寸可控、大小均一、结晶性好，并且产物纯度高，对设备要求低，生产成本低，可用作发光体基质材料。

Description

一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法
技术领域
本发明涉及稀土硫氧化物的制备方法。
背景技术
稀土硫氧化物是一类重要的发光体基质材料，稀土硫氧化物晶格为具有较宽的禁带宽度(4.6～4.8eV)，作为发光体基质具有非常高的光吸收与传能效率，是一类重要的光功能材料。稀土硫氧化物掺杂各种激活离子后可制备各种高性能发光材料。同时，在发光材料的研究中，掺杂也可作为研究材料发光机理的一种重要手段而被广泛应用。目前，工业化生产稀土硫氧化物主要采用固相烧结法和固-气反应法，这两种方法均存在着反应温度高、合成时间长等缺点。如何在保证材料优良性能的前提下，通过制备工艺的改进，降低反应温度、缩短合成时间将是今后稀土硫氧化物制备方法的发展方向。
发明内容
本发明是要解决现有的稀土硫氧化物的制备方法工艺复杂，反应温度高合成时间长的技术问题，而提供一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法。
本发明的共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、按LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为(25～28)：(30～35)：(6～5)：(4～3)把LiCl、KCl、KSCN、稀土源加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-稀土源的电解质体系；其中稀土源为RECl3或RExOy，RE＝Sm、La、Gd或Y；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360～440℃、电流为0.5～1.0Acm-2的条件下电解0.5～1.0小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，洗涤、烘干，得到稀土硫氧化物发光体基质材料。
本发明的共沉积制备的稀土硫氧化物发光体基质材料为RE2O2S，RE＝Sm,La,Gd,Y。本方法以硫类盐做硫源、以稀土氯化物做稀土源、以空气中的氧气做为氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物；或者以硫类盐做硫源、以稀土氧化物做稀土源及氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物。两种方式得到的产物颗粒尺寸可控、大小均一、结晶性好，并且产物纯度高，简化了生产工艺和流程；本发明的电解温度在360～440℃，电流为0.5～1.0Acm-2对设备要求低，节省能源，降低生产成本；得到的RE2O2S呈现纳米片状形貌，结晶状态好，分散性好，可用作发光体基质材料。
附图说明
图1是试验1制备的Sm2O2S材料的XRD谱图；
图2是试验1制备的Sm2O2S材料的高倍率扫描电镜照片；
图3是试验1制备的Sm2O2S材料的稳态/瞬态荧光光谱仪激发和发射光谱图；
图4是试验2制备的La2O2S材料的XRD谱图；
图5是试验2制备的La2O2S材料的高倍率扫描电镜照片；
图6是试验2制备的La2O2S材料的稳态/瞬态荧光光谱仪激发和发射光谱图；
图7是试验3制备的Gd2O2S材料的XRD谱图；
图8是试验3制备的Gd2O2S材料的高倍率扫描电镜照片；
图9是试验3制备的Gd2O2S材料的稳态/瞬态荧光光谱仪激发和发射光谱图；
图10是试验4制备的Y2O2S材料的XRD谱图；
图11是试验4制备的Y2O2S材料的高倍率扫描电镜照片；
图12是试验4制备的Y2O2S材料的稳态/瞬态荧光光谱仪激发和发射光谱图；
图13试验5制备的Sm2O2S材料的高倍率扫描电镜照片；
图14试验5制备的Sm2O2S材料的XRD谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
二、按LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为(25～28)：(30～35)：(6～5)：(4～3)把LiCl、KCl、KSCN、稀土源加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-稀土源的电解质体系；其中稀土源为RECl3或RExOy，RE＝Sm、La、Gd或Y；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360～440℃、电流为0.5～1.0Acm-2的条件下电解0.5～1.0小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，洗涤、烘干，得到稀土硫氧化物发光体基质材料。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中的氯化锂、氯化钾在200～250℃的条件下干燥2～6小时进行预处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中的LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为25：30：6：4。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中的LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为25：30：5：3。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中电解温度为360℃、电流为0.6Acm-2。其它与具体实施方式一至四之一相同。
用以下的试验验证本发明的有益效果：
试验1：本试验的共沉积制备稀土硫氧化物Sm2O2S发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、把25克LiCl、30克KCl、6克KSCN、4克SmCl3加入电解炉的电解槽中，加热至360℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-SmCl3电解质体系；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360℃、电流为0.5Acm-2的条件下电解0.5小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，用水、乙醇洗涤，25℃干燥1小时，得到稀土硫氧化物Sm2O2S发光体基质材料。
本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的XRD谱图如图1所示，从图1可以看出，Sm2O2S的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了Sm2O2S结晶好。本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的高倍率扫描电镜照片如图2所示，从图2可知，Sm2O2S为条状结构。本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的荧光激发和发射光谱图如图3所示，其中a为荧光激发光谱曲线，b为发射光谱曲线，从图3可知，Sm2O2S的荧光激发光谱波长437nm，荧光发射光谱波长649nm。
本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验；
本试验以KSCN做硫源、以SmCl3做稀土源、以空气中的氧气做为氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物Sm2O2S，成本低，生产工艺简单。
试验2：本试验的共沉积制备稀土硫氧化物La2O2S发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、把26克LiCl、31克KCl、5克KSCN、3克LaCl3加入电解炉的电解槽中，加热至360℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-LaCl3电解质体系；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360℃、电流为0.5Acm-2的条件下电解0.5小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，用水、乙醇洗涤，25℃干燥1小时，得到稀土硫氧化物La2O2S发光体基质材料。
本试验制备的La2O2S发光体基质材料的XRD谱图如图4所示，从图4可以看出，La2O2S的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了La2O2S结晶好。本试验制备的La2O2S发光体基质材料的高倍率扫描电镜照片如图5所示，从图5可知，La2O2S为纳米片组成的球状的分散性颗粒。本试验制备的La2O2S发光体基质材料的荧光激发和发射光谱图如图6所示，其中a为荧光激发光谱曲线，b为发射光谱曲线，从图6可知，La2O2S的荧光激发光谱波长360nm及400nm，荧光发射光谱波长600nm。
本试验制备的La2O2S发光体基质材料的纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验；
本试验以KSCN做硫源、以LaCl3做稀土源、以空气中的氧气做为氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物La2O2S，成本低，生产工艺简单。
试验3：本试验的共沉积制备稀土硫氧化物Gd2O2S发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、把27克LiCl、30克KCl、4克KSCN、4克GdCl3加入电解炉的电解槽中，加热至360℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-GdCl3电解质体系；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360℃、电流为0.5Acm-2的条件下电解0.5小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，用水、乙醇洗涤，25℃干燥1小时，得到稀土硫氧化物Gd2O2S发光体基质材料。
本试验制备的Gd2O2S发光体基质材料的XRD谱图如图7所示，从图7可以看出，Gd2O2S的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了Gd2O2S结晶好。本试验制备的Gd2O2S发光体基质材料的高倍率扫描电镜照片如图8所示，从图8可知，Gd2O2S为纳米片状结构的分散性颗粒。本试验制备的Gd2O2S发光体基质材料的荧光激发和发射光谱图如图9所示，其中a为荧光激发光谱曲线，b为发射光谱曲线，从图9可知，Gd2O2S的荧光激发光谱波长360nm及405nm，荧光发射光谱波长600nm。
本试验制备的Gd2O2S发光体基质材料的纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验；
本试验以KSCN做硫源、以GdCl3做稀土源、以空气中的氧气做为氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物Gd2O2S，成本低，生产工艺简单。
试验4：本试验的共沉积制备稀土硫氧化物Y2O2S发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、把25克LiCl、35克KCl、4克KSCN、4克YCl3加入电解炉的电解槽中，加热至360℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-YCl3电解质体系；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360℃、电流为0.5Acm-2的条件下电解0.5小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，用水、乙醇洗涤，25℃干燥1小时，得到稀土硫氧化物Y2O2S发光体基质材料。
本试验制备的Y2O2S发光体基质材料的XRD谱图如图10所示，从图10可以看出，Y2O2S的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了Y2O2S结晶好。本试验制备的Y2O2S发光体基质材料的高倍率扫描电镜照片如图11所示，从图11可知，Y2O2S为纳米片状结构的分散性颗粒。本试验制备的Y2O2S发光体基质材料的荧光激发和发射光谱图如图12所示，其中a为荧光激发光谱曲线，b为发射光谱曲线，从图12可知，Y2O2S的荧光激发光谱波长370nm及400nm，荧光发射光谱波长600nm。
本试验制备的Y2O2S发光体基质材料的纯度较高，干扰杂质很低，适用于工业分析及化学实验；
本试验以KSCN做硫源、以YCl3做稀土源、以空气中的氧气做为氧源，在熔盐电解条件下反应制备稀土硫氧化物Y2O2S，成本低，生产工艺简单。
试验5：本试验的共沉积制备稀土硫氧化物Sm2O2S发光体基质材料的方法，按以下步骤进行：
一、把25克LiCl、30克KCl、4克KSCN、4克Sm2O3加入电解炉的电解槽中，加热至360℃，熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-Sm2O3电解质体系；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360℃、电流为0.5Acm-2的条件下电解0.5小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，用水、乙醇洗涤，室温25℃干燥1小时，得到Sm2O2S基质发光材料。
本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的高倍率扫描电镜照片如图13所示，从图13可知，Sm2O2S为纳米条状结构的分散性颗粒。本试验制备的Sm2O2S发光体基质材料的XRD谱图如图14所示，从图14可以看出，Sm2O2S的XRD衍射峰强度高，衍射峰尖锐并且半高宽小，表明了Sm2O2S结晶好。

Claims (5)

1.一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、按LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为(25～28)：(30～35)：(6～5)：(4～3)把LiCl、KCl、KSCN、稀土源加入电解炉的电解槽中，加热熔融，得到LiCl-KCl-KSCN-稀土源的电解质体系；其中稀土源为RExOy，RE＝Sm、La、Gd或Y；
二、以金属钼为工作电极，钼丝为辅助电极，在电解温度为360～440℃、电流为0.5～1.0Acm-2的条件下电解0.5～1.0小时，将电解槽沉积物质取出，降至常温，过滤，洗涤、烘干，得到稀土硫氧化物发光体基质材料。
2.根据权利要求1所述的一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，其特征在于步骤一中的氯化锂、氯化钾在200～250℃的条件下干燥2～6小时进行预处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，其特征在于步骤一中的LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为25：30：6：4。
4.根据权利要求1或2所述的一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，其特征在于步骤一中的LiCl、KCl、KSCN、稀土源的质量比为25：30：5：3。
5.根据权利要求1或2所述的一种共沉积制备稀土硫氧化物发光体基质材料的方法，其特征在于步骤二中电解温度为360℃、电流为0.6Acm-2。
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