柠檬酸—凝胶法合成Sr2CeO4：Dy3+的荧光光谱法测试

摘要：铈酸锶（Sr2CeO4）是一种具有一维链式结构的新型荧光基质材料。文章采用柠檬酸-凝胶法成功地合成了稀土Dy3+离子掺杂的Sr2CeO4荧光体（Sr2CeO4：Dy3+），并运用荧光光谱先进测试方法进行了表征。结果表明，Sr2CeO4：Dy3+荧光体中存在着从基质到稀土Dy3+离子的能量传递；在Sr2CeO4基质中，Dy3+离子的猝灭浓度高达0.5mol%。

关键词：柠檬酸-凝胶法；Sr2CeO4：Dy3+；荧光光谱法；荧光基质材料；固态组合化学方法 文献标识码：A

中图分类号：TH744 文章编号：1009-2374（2015）34-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.033

Sr2CeO4是E.Danieson等人于1998年采用固态组合化学方法发现的一种新型无机复合氧化物荧光体，1998年《Science》报道了这种新的一维链式结构的荧光体，自从Sr2CeO4这种新型一维链状结构荧光体发现以来，人们考虑到该物质的宽带吸收，如果将其作为基质，选择合适的离子掺杂，有可能得到高效发光材料。正是基于这个指导思想，人们陆续尝试了向Sr2CeO4中掺入其他一些金属离子如Ca、Zr等非稀土离子和La、Eu等稀土离子，得到了一些有意义的研究结果。本文重点研究了将稀土Dy掺入Sr2CeO4后合成的荧光体的发光性能。

1 实验部分

1.1 主要仪器及试剂

Cary-eclipse型荧光光谱仪（PL），美国（狭缝宽度：5nm，电压：400～600V，灯源：氙灯65W，扫描速度：600nm/min）。

Dy（NO3）3溶液（0.02mol/L）；Sr（NO3）2溶液（0.8mol/L）；Ce（NO3）3溶液（0.4mol/L）。

1.2 荧光体的合成

图1 315nm激发下荧光体的发射光谱

采用柠檬酸-凝胶法，即先把原料Sr（NO3）2与、Ce（NO3）3，按2∶（1-x）的物质的量之比混合，掺入一定量（x mol）的Dy（NO3）3，加入一定量的二次蒸馏水，在磁力搅拌器上充分搅拌均匀。再加入柠檬酸等完全溶解后，用氨水和硝酸调节溶液的pH值，将所得溶液在水浴锅中缓慢蒸发水分，成为透明凝胶，然后放在100℃烘箱内干燥2h，得干凝胶，再将其研磨粉碎后放于马弗炉内于1000℃烧结2h，最终得到白色粉末状样品。

2 结果与讨论

2.1 粉体发光颜色的考察

图1是荧光体Sr2Ce1-xDyxO4（x=0.0025-0.05）的发射光谱。样品在315nm紫外光激发下，出现Dy3+的特征谱线，发射分别为485nm（当浓度为0.25%、0.5%不明显）和572nm，相应于4F9/2→6H15/2跃迁的蓝光发射和4F9/2→6H13/2跃迁的黄光发射。4F9/2→6H13/2跃迁的黄光发射属于超灵敏跃迁，受化学环境的影响较大，这说明Dy3+在晶格中格点的对称性对Dy3+的发光颜色也有明显的影响。还在蓝区出现基质的宽带发射，最大发射峰出现在477nm处，Dy3+在485nm处的特征谱线不明显可能是由于基质出现较强的宽带发射将Dy3+在485nm处的特征谱线掩蔽的结果。从图1可以发现，在我们研究的浓度范围内随着Dy3+浓度的增加基质的蓝光发射强度减小，Dy3+的黄光发射强度增加，参考文献[4]指出当荧光体的蓝光与黄光的强度比为某一范围时，发射白光。因此，通过改变Dy3+浓度可调控荧光体的颜色。由图1知，在Dy3+浓度≤0.5mol%时，荧光体的蓝光发射强度比黄光强度大，所以我们可以找到发射白光的荧光体，通过研究发现Dy3+掺杂浓度约为0.5mol%时荧光体发射白光的效果最佳，荧光体的蓝黄比为1.86∶1。

2.2 荧光体的激发光谱和发射光谱

Dy3+离子掺杂的Sr2CeO4荧光体采用柠檬酸-凝胶法合成，粉体为白色，粒径微细，当掺杂量较大时，在紫外光照射下，发出较强的白色荧光。图2和图3分别是它的激发光谱和发射光谱。

由图2可知，在572nm监控下，Sr2CeO4：Dy3+荧光体的激发光谱由两部分组成：一个位于225～325nm波长范围的宽带激发峰来自基质吸收，这与参考文献[5]介绍的Sr2CeO4荧光体的吸收峰波长范围相吻合；另一个属于Dy3+离子的f→f跃迁的锐线弱激发峰。从强度上看，宽带激发峰远比Dy3+离子的f→f跃迁的锐线谱强得多，这是因为Dy3+离子的f→f跃迁是禁戒的，所以吸收强度

较弱。

图2 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的激发光谱

图3 Sr2CeO4：Dy3+（0.5mol%）的发射光谱

图3是315nm波长紫外光激发下Sr2CeO4：Dy3++荧光体的发射光谱，光谱中出现两个发射峰：一个不对称的宽带峰是基质Sr2CeO4的发射峰，发射谱从400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近。研究表明，它的发光不是来源于f→f或d→f电子跃迁，而是电荷转移引起的，即电子从O2-的2p轨道到Ce4+的4f轨道的迁移导致的发光，具体来说是属于Ce4+的t1g与f之间的跃迁，这里的t1g指的是六重配位的氧配体的轨道，而f是最低电荷转移激发态；另一个572nm处的锐线峰为Dy3+的特征谱线，属于4F9/2→6H13/2的超灵敏跃迁，485nm处的锐线峰可能与基质的发射相重叠。

3 结语

第一，Sr2CeO4：Dy3+荧光体的激发光谱由两部分组成：一个位于225～325nm波长范围的宽带激发峰来自基质吸收；另一个属于Dy3+离子的f→f跃迁的锐线弱激发峰。荧光体的发射光谱中出现两个发射峰：一个不对称的宽带峰是基质Sr2CeO4的发射峰，发射谱从400nm一直延伸到550nm，主峰在477nm附近；另一个572nm处的锐线峰为Dy3+的特征谱线，属于4F9/2→6H13/2的超灵敏跃迁。

第二，Sr2CeO4：Dy3+荧光体中Dy3+掺杂浓度约为0.5mol%时荧光体发射白光的效果最佳，荧光体的蓝黄比为1.86∶1。

第三，Sr2CeO4：Dy3+荧光体中，存在着从基质到激活剂Dy3+离子的能量传递，至于能量传递机理有待进一步探讨。

参考文献

[1] Danielson E，Devenney M.，etal.A rare-earth phosphors containing one-dimensional chains identified through combinatorial methods[J].Science，1998，（279）.

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[3] 黄晓华，郭凤瑜.BaGdB9O16中Dy3+的发光和Ce3+，Gd3+对的能量传递[J].化学学报，1993，

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[4] 胡林学，段聂晶，宋功武，等.（Y，Zn，Sr）3（P，VO4）2：Dy3+的合成与发光性能[J].湖北大学学报（自然科学版），1995，17（2）.

[5] 贺香红.Sr2CeO4及其掺杂纳米发光材料的制备与法光性能研究[D].上海师范大学，2004.

[6] 郭凤瑜，程红，陈晓波.硼酸镁中Ce3+、Gd3+对Dy3+发光的敏化作用[J].光谱学与光谱分析，1993，13（1）.

作者简介：狄敬旭（1981-），男，甘肃靖远人，江苏省常州技师学院讲师，硕士，研究方向：新型环保发光材料。

（责任编辑：黄银芳）endprint