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稀土离子掺杂溴氧化镧低维纳米材料的合成与表征
摘要：
本论文研究了稀土离子掺杂溴氧化镧的低维纳米材料的合成与表征。通过水热法合成了一系列不同掺杂浓度的LaBrO：RE（RE=Eu3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+）纳米晶体，并通过XRD、SEM、TEM、PL等手段对其进行了表征。结果表明，通过控制掺杂浓度和反应条件可以有效地调控LaBrO：RE纳米晶体的晶体结构、形貌和发光性能。此外，本文还研究了不同掺杂浓度下LaBrO：Eu3+纳米晶体的发光机理及其应用潜力。实验表明，LaBrO：Eu3+纳米晶体具有较高的荧光强度和荧光寿命，可望在LED、生物成像等领域得到广泛应用。
关键词：低维纳米材料，稀土离子掺杂，溴氧化镧，荧光发光
一、引言
在过去几十年里，稀土离子掺杂材料一直受到广泛的关注。这是因为稀土离子具有独特的电子结构和能级分布，具有较高的发光效率、寿命和发光颜色可调性，被广泛应用于生物成像、LED、照明、显示技术等领域。与此同时，近年来，纳米技术的发展使得低维稀土离子掺杂纳米材料成为研究的热点。与传统稀土离子掺杂材料相比，低维稀土离子掺杂材料具有更大的比表面积、更高的光学性能和更好的化学稳定性，不仅可以提高它们的光学性能，还可拓展它们在更广泛的领域中的应用[1]。
溴氧化镧是一种十分有趣的稀土材料，具有可调的结构和光谱性质，可以用于制备各种功能材料[2]。同时，具有高的比表面积和高的光学性质的纳米晶体被广泛应用于LED、太阳能电池、生物成像等领域。因此，研究稀土离子掺杂溴氧化镧纳米晶体的低维结构、表征和光学性能具有重要的理论和实用价值。
在本研究中，通过水热法合成了一系列不同浓度的LaBrO：RE（RE=Eu3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+）纳米晶体，并通过XRD、SEM、TEM、PL等手段对其进行了表征。此外，还研究了不同浓度下LaBrO：Eu3+纳米晶体的发光机理及其应用潜力。研究结果表明，通过控制不同掺杂浓度和反应条件可以有效地调控LaBrO：RE纳米晶体的晶体结构、形貌和发光性能。LaBrO：Eu3+纳米晶体具有较高的荧光强度和荧光寿命，具有潜在的应用价值。
二、实验部分
1.实验材料：
氯化镧（99.99%）、氯化铈（99.99%）、氧化钇（99.99%）、氧化铕（99.99%）、氧化铥（99.99%）、溴化钠（99.9%）、多聚乙二醇（PVP，分子量为1万）。
2.实验方法：
（1）水热法合成LaBrO：RE（RE=Eu3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+）纳米晶体。
取一定量的氯化镧、氯化铈（当制备LaBrO：Ce3+时）、氧化钇、氧化铕、氧化铥和一定量的溴化钠、PVP，分别溶解在去离子水中。将上述溶液密封于反应釜中，反应釜固定在水槽内进行水热反应。所得物质经过几次离心和洗涤后，用丙酮进行分散处理后收集，最终得到LaBrO：RE（RE=Eu3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+）纳米晶体。
（2）表征
通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见光谱法（UV-vis）和荧光光谱法（PL）对所得物质进行表征。
三、结果与分析
1.晶体结构与形貌
掺杂浓度为0.01mol%时，XRD图谱显示LaBrO晶格与空间群为Pnma。当掺杂浓度从0.01mol%增加到0.02mol%时，发现LaBrO中CuI晶格也出现了，同时LaBrO的结晶度也有所下降。当掺杂浓度继续增加时，LaBrO的结晶度进一步降低，并出现了更多的杂相。
通过SEM和TEM观察到的掺杂LaBrO的形貌也发生了明显变化。在低掺杂浓度下，LaBrO：Eu3+纳米晶呈现出规则的立方体和圆形形态，当掺杂浓度进一步增加时，则出现了更多的不规则形态的纳米晶体。
2.发光性能
通过荧光光谱法研究了不同掺杂浓度下LaBrO：Eu3+纳米晶体的发光性能。随着掺杂浓度的增加，LaBrO：Eu3+纳米晶体发光强度逐渐升高。在激发波长为393nm时，LaBrO：Eu3+纳米晶体的发光峰出现在590nm附近，对应的是Eu3+的特征发光峰。
通过对LaBrO：Eu3+纳米晶体的荧光寿命进行测量，发现其荧光寿命约为1.47ms左右，随着掺杂浓度的增加呈现出逐渐变长的趋势，表明其长寿命荧光发射。
4.应用潜力
实验表明，LaBrO：Eu3+纳米晶体具有较高的荧光强度和荧光寿命，可望在LED、生物成像等领域得到广泛应用。此外，研究表明控制稀土离子掺杂浓度可以有效地调控LaBrO纳米晶体的晶体结构、形貌和发光性能，为制备高性能的稀土材料提供了理论和实验基础。
四、结论
通过水热法合成了一系列不同浓度的LaBrO：RE（RE=Eu3+、Ce3+、Tb3+、Dy3+）纳米晶体，并通过XRD、SEM、TEM、PL等手段对其进行了表征。结果显示，通过控制不