Er3+/Tm3+掺杂金属有机骨架材料的制备及发光性能研究-文献详情-维普官网

文献检索

任意字段

文献信息

任意字段
主题词
篇关摘
篇名
关键词
摘要
作者
第一作者
作者单位
刊名
中图分类号
学科分类号
DOI
基金

智能检索

高级检索

检索历史

Er3+/Tm3+掺杂金属有机骨架材料的制备及发光性能研究认领

作者：

赵铭钰

学位授予单位：

辽宁大学

摘要：

金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一种具有多孔结构的材料并有着较大的BET 比表面积,因其具有良好的多孔性、孔道尺寸的可调控性以及易于功能化等优点,使MOFs材料在气体存储,化学智能传感器和药物负载等领域具有巨大的吸引力和价值,从而引起了人们的极大关注。传统的稀土 MOFs材料通常是在室温下以紫外光作为激发光源,而由于紫外光的一系列缺点,如:在生物组织和器官中的穿透性弱以及存在的荧光自干扰等,使得所制备的MOFs材料不利于应用在生物组织中。上转换发光材料在被近红外光激发后,会通过一个多光子的吸收过程发出可见光,而波长超过700 nm的近红外光正位于生物组织的“光学窗口”,具有光穿透能力强,光损伤较小,组织中荧光自干扰较小的优点,为生物医疗和生物成像领域带来了重要的研究意义。本文在MOFs材料中引入具有近红外发光特性的双稀土离子Er3+和Tm3+,在不同浓度比例的共掺杂下,通过一步溶剂热法制备出了双金属配位的稀土有机骨架材料,在980 nm激发下具有可调控的特征上转换发光。Ln-MOFs材料是由镧系元素(Ⅲ)(Ln=Er,Tm,Y),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及1,3,5-均苯三甲酸(BTC)合成的,其中稀土离子和均苯三甲酸分别作为金属离子中心和有机配体。在实验中我们引入了两种试剂乙酸钠和柠檬酸钠,这两种试剂作为“辅助基团”都可以提供大量羧基基团,可以与均苯三甲酸配体、稀土离子一同发生配位,在晶体生长的初期会抑制个别晶体的快速生长,并防止体系中晶体的二次成核过程。然而,由于体系中分别引入了不同的“辅助基团”,MOFs材料的上转换发光特性也有所不同,我们进一步分析和讨论了其内部的光学性质以及能量转移机制,主要研究内容如下。当乙酸钠作为辅助基团时,在980 nm激光激发下,Ln-MOFs材料中存在两种不同的发光机制:Tm3+在较低的掺杂浓度时会向Er3+传递能量,促进Er3+的上转换发光,且只有Er3+的特征发光,表现在410,525,560和660 nm处,对应着 Er3+的 2H9/2→4I15/2,2H11/2→4I15/2,4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2;当Tm3+的掺杂浓度逐渐增加时,Er3+会向Tm3+传递能量,在360和460 nm处表现出Tm3+的特征发光,对应着Tm3+的1D2→3H6和1D2→3F4。此外,利用 Er3+的 TCLs(2H11/2/4S3/2)探究其温度传感特性,在近红外光的激发下,研究MOFs材料在303k～493k温度范围内的变温荧光光谱,得到了灵敏度随温度的变化规律,找出了取得最大灵敏度的最佳温度,温度为433 k,最大灵敏度为0.00532 K-1。当柠檬酸钠作为辅助基团,利用近红外光作为激发光源时,柠檬酸钠的引入有效提高了 Er3+与Tm3+之间的能量传递效率,在发射光谱中仅存在出Tm3+的特征发光,表现在294,350,363,455和478 nm处,且在不掺Yb3+的情况下,仍能使Ln-MOFs材料呈现很强的蓝光发射,有效避免了生物检测中紫外激发导致的“自荧光”干扰效应。根据Tm3+的1G4热耦合能级,我们研究其在303k～463k温度范围内的变温荧光光谱,由于Tm3+的TCLs能级差较小,在较低温度下得到了粉体的最大灵敏度,温度为313 k,最大灵敏度为0.00444 K-1,可应用于低温荧光温度传感,为生物体内测温离子和材料的选择提供了方向。此外,在制备Ln-MOFs的过程中,直接引入g-C3N4,采用一步溶剂热法,实现了 Ln-MOFs与g-C3N4的复合,得到了复合型光催化材料,通过调控Ln-MOFs与g-C3N4的掺杂比例,并采用液相降解罗丹明B的方法对样品进行测试,最终得到了最佳掺杂比例为1:1。本文通过实验确定了 Er3+,Tm3+,Y3+的最优化掺杂浓度比例为6%,2%,92%,以及稀土离子总量与有机配体的最佳摩尔掺杂比为2:1(Y3+作为基质参与Ln-MOFs的合成,且无论各稀土元素之间的比例如何变化,总比例保持为1),实验结果表明,所制备的金属有机骨架材料的上转换机制为激发态吸收机制。我们所制备的由特定的稀土离子掺杂的Ln-MOFs材料,在近红外光的激发下具有上转换发光特性,目前大家对双稀土离子掺杂MOFs材料的上转换发光性质的研究报道较少,特别是在不掺Yb3+的情况下,而且对MOFs体系中不同稀土离子之间的能量转移机制还没有详细的讨论。本文在不掺Yb3+的前提下,得到了具有高强度上转换发光的MOFs材料,并进一步解释了体系中新型的能量转移机制,填补了该研究领域。

摘要译文

关键词：

上转换; 金属有机骨架材料; 稀土离子; 近红外光激发; 能量传递

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

微电子学与固体电子学

导师：

王绩伟

中图分类号：

TB34[功能材料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];080508[光电信息材料与器件]

D O I：

10.27209/d.cnki.glniu.2020.000858