CN113683514A - 一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料及制备方法 - Google Patents

一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料及制备方法；该卤化物材料化学组成式为(C13H22N)SbCl4；其制备方法为：将有机配体和锑源加入到氯化氢水溶液中，加热溶解形成透明溶液A；将透明溶液A自然冷却到室温得到粉末样品，洗涤，干燥，得到卤化物粉末；或将步骤(1)透明溶液A以20‑30℃/天的速率降至室温，得到无色透明的棒状晶体，洗涤，干燥，得到近红外发射的零维Sb基金属卤化物单晶。本发明制备方法的原料丰富且价格低廉，合成工艺简单，能够进行大规模生产；本发明合成的卤化物材料填补了零维金属卤化物材料在近红外研究领域的空白，极大地扩展了零维金属卤化物材料在近红外领域的应用。

Description

一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料及制备方法
技术领域
本发明属于光学材料技术领域；具体涉及一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料及制备方法。
背景技术
近红外光源因其热效应低、无损、穿透性好等优点，在物理治疗、夜视、智能设备、红外光谱检测等领域得到了广泛的研究。特别是在700-1100nm的近红外辐射，它对生物组织具有明显的穿透深度，可以很容易地用于对人体的身体功能进行无害的诊断。传统的宽带近红外光源，如卤素灯、钨灯等，存在着尺寸大、效率低、寿命短、与红外探测器匹配度差等缺点，因此探索新型近红外发光材料是目前研究的一点热点。
近年来，零维金属卤化物材料作为钙钛矿卤化物的衍生物，因其结构的多样性和光致发光的可调性在可见光领域显示出了前所未有的应用前景，尤其是在宽带照明和窄带显示领域。通过选择合适的金属卤化物，已经实现了高效的红，橙，黄，绿和蓝光。然而，尽管近红外光源具有巨大的商业潜力，但目前尚未设计出具有高发光效率的宽带近红外发射零维金属卤化物材料，扩展其在近红外领域的应用，例如：物理治疗、夜视、智能设备、红外光谱检测，人脸识别等。因此设计宽带近红外发射得零维金属卤化物材料是目前金属卤化物体系的一个挑战。其次，零维金属卤化物合成工艺简单(液相合成)，原料丰富且价格低廉，能够进行大规模生产，具有潜在的应用优势。
目前也报道了几例近红外发射的零维金属卤化物，例如杂化的Bmpip2SnI4和全无机的Cs2ZnCl4:Sb3+和Rb2InBr5·H2O:Sb3+(Adv.Optical Mater.2021,2100434，Tailoringthe Broadband Emission in All-Inorganic Lead-Free 0D In-Based Halides throughSb3+Doping)。然而，它们中最大的发射波长位于760nm，其光谱有很大一部分位于可见光区域。因此，设计长波段近红外发射的零维金属卤化物材料是目前的研究重点，其次对近红外光源的发展也具有重要的意义。
发明内容
本发明目的之一是探索近红外发射的零维金属卤化物，填补金属卤化物在近红外领域的空白。
本发明目的之二是克服现有技术的不足，提供一种发射峰位于880nm的宽带近红外发射的零维金属卤化物。
本发明目的之三是提供一种制备上述近红外发光材料的制备方法。该制备方法简单、易于操作、设备成本低且无污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料，其化学组成式为(C13H22N)SbCl4，其发光来自于Sb3+离子三重态自陷激子发射。
优选的，所述近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料为粉末或单晶。
上述的近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机配体和锑源加入到氯化氢水溶液中，加热溶解形成透明溶液A；所述有机配体为苄基三乙基氯化铵、可以转化为苄基三乙基氯化铵的化合物中的至少一种，所述锑源为三氯化锑、可以转化为三氯化锑的化合物中的至少一种；
(2)将步骤(1)的透明溶液A自然冷却到室温得到粉末样品，洗涤，干燥，得到近红外发射的零维Sb基金属卤化物粉末；或将步骤(1)透明溶液A以20-30℃/天的速率降至室温，得到无色透明的棒状晶体，洗涤，干燥，得到近红外发射的零维Sb基金属卤化物单晶。
优选的，步骤(1)所述氯化氢水溶液的质量浓度为20-38％。
优选的，步骤(1)所述有机配体和锑源的摩尔比为X:1，其中1≤X≤4。
进一步优选的，所述X＝1，2，3，4。
优选的，步骤(1)所述有机配体的摩尔量与氯化氢水溶液的体积比为Xmmol：Y ml，其中1≤X≤4，10≤Y≤25。
进一步优选的，所述X＝1，2，3，4；所述Y＝10，15，20，25。
优选的，步骤(1)所述加热溶解的温度为90-120℃；步骤(2)所述洗涤用乙醇洗涤。
优选的，步骤(2)所述干燥的温度为60-90℃，述干燥的时间为6-24h。
本发明将一定比例的苄基三乙基氯化铵(C13NH22Cl)和三氯化锑(SbCl3)溶于一定体积38％的氯化氢水溶液形成透明溶液A，然后自然冷却到室温得到白色粉末状样品，用乙醇洗涤，60℃烘箱中干燥24小时备用。单晶样品是通过将热的透明溶液A转移到提前预热的25ml聚四氟乙烯反应釜中，然后将反应釜转移到100℃的烘箱中保温60分钟，随后以30℃/天的速率降至室温得到白色透明的片状晶体，用乙醇洗涤，60℃烘箱中干燥24小时备用。
与现有技术相比，本发明具有下列优势：
(1)该发明首次实现了零维Sb基金属卤化物的宽带近红外发射，发射光谱位于500～1300nm范围，半峰宽大约为300nm，斯托克斯位移高达530nm，能够用于夜视监控，光谱检测等领域。
(2)本发明的制备方法简单、易于操作、设备成本低且无污染；可产生巨大的社会效益和经济效益，适合普遍推广使用。
(3)本发明首次实现了零维Sb基金属卤化物的宽带近红外发射，将鼓舞更多的人去研究近红外发射的零维金属卤化物。
附图说明
图1a和图1b为实施例1所制备的近红外发光材料(C13H22N)SbCl4的X射线衍射谱图和光谱图。
图2a和图2b为实施例2所制备的近红外发光材料(C13H22N)SbCl4的X射线衍射谱图和光谱图。
图3a和图3b为实施例3所制备的近红外发光材料(C13H22N)SbCl4的X射线衍射谱图和光谱图。
图4a和图4b为实施例4所制备的近红外发光材料(C13H22N)SbCl4的X射线衍射谱图和光谱图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的阐述，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明的设计思路是，目前，零维金属卤化物发光材料因结构和发光的可调性，在光功能材料与器件研究领域展现出了潜在的应用。虽然已在可见光区域实现了高效的光发射，但发光波段位于近红外区域的零维金属卤化物尚未被广泛研究，即使扩展到整个金属卤化物体系，近红外的研究也相对较少。因此，探索高效近红外发射的金属卤化物是目前金属卤化物体系的一个研究热点，扩展金属卤化物的实际应用。其次金属卤化物合成工艺简单，原料丰富且价格低廉，能够进行大规模生产，有望取代传统的近红外发光材料。
本发明的一种近红外发射的零维金属卤化物材料的合成方法，采用20-38％的氯化氢水溶液作为溶解苄基三乙基氯化铵和三氯化锑反应物的溶剂，将苄基三乙基氯化铵和三氯化锑溶于20-38％的氯化氢水溶液形成透明溶液A，粉末样品通过将热的透明溶液A直接冷却到室温得到。得到的粉末样品用乙醇洗涤，60-90℃烘箱中干燥6-24小时备用。
实施例1
该实施例的近红外发射金属卤化物的化学组成式为(C13H22N)SbCl4，其中苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的比例为1:1。溶解苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的氯化氢水溶液的质量浓度为20％，体积为10ml。
步骤1：用去离子水和乙醇清洗1个烧杯和聚四氟反应釜，然后在烘箱中烘干备用；
步骤2：按照规定的比例，称取苄基三乙基氯化铵(1mmol)，三氯化锑(1mmol)高纯度粉末原料，将称量好的原料加入到10ml20％的氯化氢水溶液中，90℃下加热溶解形成透明溶液A；
步骤3：粉末样品通过将热的透明溶液A直接冷却到室温得到。得到的粉末样品用乙醇洗涤，60℃烘箱中干燥6小时备用；
步骤4：单晶样品的合成如下，将热的透明溶液A转移到提前预热的25ml聚四氟乙烯反应釜中，然后将反应釜转移到90℃的烘箱中保温60分钟，随后以30℃/天的速率降至室温，最后得到无色透明的片状晶体，用乙醇洗涤，60℃烘箱中干燥6小时得到近红外发射的Sb基金属卤化物单晶。
如图1a所示，通过XRD对比证明所合成的为纯相。如图1b所示为(C13H22N)SbCl4的激发和发射光谱，从图中我们可以看出，激发峰位于350nm，发射峰位于880nm。
按照本发明合成方法，能够制备出无污染，成本低廉的近红外发射的(C13H22N)SbCl4金属卤化物材料。
实施例2
该实施例的近红外发射金属卤化物的化学组成式为(C13H22N)SbCl4，该实施例合成过程中苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的比例为2:1。溶解苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的氯化氢水溶液的质量浓度为30％，体积为15ml。
步骤1：用去离子水和乙醇清洗1个烧杯和聚四氟反应釜，然后在烘箱中烘干备用；
步骤2：按照规定的比例，称取苄基三乙基氯化铵(2mmol)，三氯化锑(1mmol)高纯度粉末原料，将称量好的原料加入到15ml30％的氯化氢水溶液中，100℃下加热溶解形成透明溶液A；
步骤3：粉末样品通过将热的透明溶液A直接冷却到室温得到。得到的粉末样品用乙醇洗涤，70℃烘箱中干燥12小时备用；
步骤4：单晶样品的合成如下，将热的透明溶液A转移到提前预热的25ml聚四氟乙烯反应釜中，然后将反应釜转移到100℃的烘箱中保温60分钟，随后以25℃/天的速率降至室温，最后得到无色透明的片状晶体，用乙醇洗涤，70℃烘箱中干燥12小时得到近红外发射的Sb基金属卤化物单晶。
如图2a所示，通过XRD对比证明所合成的为纯相。如图2b所示为(C13H22N)SbCl4的激发和发射光谱，从图中我们可以看出，激发峰位于350nm，发射峰位于880nm。
按照本发明合成方法，能够制备出无污染，成本低廉的近红外发射的(C13H22N)SbCl4金属卤化物材料。
实施例3
该实施例的近红外发射金属卤化物的化学组成式为(C13H22N)SbCl4，该实施例合成过程中苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的比例为3:1。溶解苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的氯化氢水溶液的质量浓度为38％，体积为20ml。
步骤1：用去离子水和乙醇清洗1个烧杯和聚四氟反应釜，然后在烘箱中烘干备用；
步骤2：按照规定的比例，称取苄基三乙基氯化铵(3mmol)，三氯化锑(1mmol)高纯度粉末原料，将称量好的原料加入到20ml38％的氯化氢水溶液中，110℃下加热溶解形成透明溶液A；
步骤3：粉末样品通过将热的透明溶液A直接冷却到室温得到。得到的粉末样品用乙醇洗涤，80℃烘箱中干燥18小时备用；
步骤4：单晶样品的合成如下，将热的透明溶液A转移到提前预热的25ml聚四氟乙烯反应釜中，然后将反应釜转移到110℃的烘箱中保温60分钟，随后以22℃/天的速率降至室温，最后得到无色透明的片状晶体，用乙醇洗涤，80℃烘箱中干燥18小时得到近红外发射的Sb基金属卤化物单晶。
如图3a所示，通过XRD对比证明所合成的为纯相。如图3b所示为(C13H22N)SbCl4的激发和发射光谱，从图中我们可以看出，激发峰位于350nm，发射峰位于880nm。
按照本发明合成方法，能够制备出无污染，成本低廉的近红外发射的(C13H22N)SbCl4金属卤化物材料。
实施例4
该实施例的近红外发射金属卤化物的化学组成式为(C13H22N)SbCl4，该实施例合成过程中苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的比例为4:1。溶解苄基三乙基氯化铵和三氯化锑的氯化氢水溶液的质量浓度为38％，体积为25ml。
步骤1：用去离子水和乙醇清洗1个烧杯和聚四氟反应釜，然后在烘箱中烘干备用；
步骤2：按照规定的比例，称取苄基三乙基氯化铵(1mmol)，三氯化锑(1mmol)高纯度粉末原料，将称量好的原料加入到25ml38％的氯化氢水溶液中，120℃下加热溶解形成透明溶液A；
步骤3：粉末样品通过将热的透明溶液A直接冷却到室温得到。得到的粉末样品用乙醇洗涤，90℃烘箱中干燥24小时备用；
步骤4：单晶样品的合成如下，将热的透明溶液A转移到提前预热的25ml聚四氟乙烯反应釜中，然后将反应釜转移到120℃的烘箱中保温60分钟，随后以20℃/天的速率降至室温，最后得到无色透明的片状晶体，用乙醇洗涤，90℃烘箱中干燥24小时得到近红外发射的Sb基金属卤化物单晶。
如图4a所示，通过XRD对比证明所合成的为纯相。如图4b所示为(C13H22N)SbCl4的激发和发射光谱，从图中我们可以看出，激发峰位于350nm，发射峰位于880nm。
按照本发明合成方法，能够制备出无污染，成本低廉的近红外发射的(C13H22N)SbCl4金属卤化物材料。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，还可以做出很多更改和变化，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料，其特征在于，其化学组成式为(C13H22N)SbCl4，其发光来自于Sb3+离子三重态自陷激子发射。
2.根据权利要求1所述的近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料，其特征在于，所述近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料为粉末或单晶。
3.权利要求1或2所述的近红外发射的零维Sb基金属卤化物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将有机配体和锑源加入到氯化氢水溶液中，加热溶解形成透明溶液A；所述有机配体为苄基三乙基氯化铵、可以转化为苄基三乙基氯化铵的化合物中的至少一种，所述锑源为三氯化锑、可以转化为三氯化锑的化合物中的至少一种；
(2)将步骤(1)的透明溶液A自然冷却到室温得到粉末样品，洗涤，干燥，得到近红外发射的零维Sb基金属卤化物粉末；或
将步骤(1)透明溶液A以20-30℃/天的速率降至室温，得到无色透明的棒状晶体，洗涤，干燥，得到近红外发射的零维Sb基金属卤化物单晶。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氯化氢水溶液的质量浓度为20-38％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机配体和锑源的摩尔比为X:1，其中1≤X≤4。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述X＝1，2，3，4。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机配体的摩尔量与氯化氢水溶液的体积比为Xmmol:Yml，其中1≤X≤4，10≤Y≤25。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述X＝1，2，3，4；所述Y＝10，15，20，25。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加热溶解的温度为90-120℃；步骤(2)所述洗涤用乙醇洗涤。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥的温度为60-90℃，述干燥的时间为6-24h。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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