一个浅显的合成与束状TBPO的光学性质₄·H₂纳米棒阿

摘要

Bundle-shaped TbPO₄·H₂利用水热技术制备了纳米棒，并通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis漫反射光谱(DRS)、光致发光光谱(PL)和使用寿命对其进行了表征。结果表明，所得样品具有TbPO的六边形结构₄·H₂O和由许多直径约为45 nm，长度为2.3的单晶纳米棒组装而成的纳米棒束μm.单晶纳米线沿(001)平面方向生长。在紫外光照射下，TbPO₄·H₂O纳米棒束表现出明亮的绿色发射（)结核病的转移³⁺它的寿命被确定为大约0.24毫秒。

1.介绍

近年来，具有明确形状和尺寸的无机纳米结构由于其独特的尺寸和形状依赖特性而受到越来越多的关注[1-3]。在众多的纳米材料中，镧系正磷酸盐(LnPO)是一种新型的纳米材料₄）配有均匀的尺寸和各种形态已制备一些温和的和可控的方法[4，五，由于其独特的性质，包括在水中的溶解度极低(溶解度积常数，）6，热稳定性高，折射率高，发光效率高[7，8]。这些材料已被用作活性组件在广泛的应用，如荧光粉、激光主机和生物标记[9-12]。一维（1D）LnPO的化学和光学特性₄纳米结构（例如，CEPO₄:结核病³⁺纳米线，拉波₄纳米棒，CEPO₄花生喜欢的纳米结构等）可以成功地定制，这使得这些材料具有在制造下一代信息存储，光电子，感测装置显著潜在的应用，和纳米级器件[13-15]。

作为稀土磷酸盐的一个重要种类，TBPO₄在以往的文献中，主要研究其物理低温特性(磁特性、双折射测量和平均场计算)[16，17]。近年来，研究人员对TbPO的合成和性能进行了研究₄各种形态。已知的是，水热技术是在材料科学领域中的常用方法。使用这种技术，具有均匀的形态和结晶度满足许多材料可在相对低的反应温度来获得，通常没有在高温下的任何进一步煅烧[18，19]。例如，TBPO₄:欧盟³⁺以柠檬酸为有机添加剂，水热法制备了类方形颗粒，反应温度低至160℃[20]。作为对比，TBPO₄空心球可通过固相法时，退火温度提高到1150获得℃[21，22]。在这项工作中，统一TBPO₄·H₂摘要利用简单的水热技术在180℃下合成了由单晶纳米棒组成的O束状纳米结构，并通过XRD、SEM、TEM DRS、PL光谱等对其进行了表征。详细讨论了形成束状结构的可能机理、相结构、形貌和光学性能。

2.实验部分

2.1。束状TBPO的合成₄·H₂纳米棒阿

铽₄Ø₇（99.99％）和（NH₄）₂HPO₄（≥98.5％）用作起始原料，无需任何进一步纯化。铽（NO₃）₃是通过溶解Tb制备的吗₄Ø₇在稀释的硝酸中，溶液中的水通过加热蒸馏出来。Bundle-shaped TbPO₄·H₂Ó纳米棒采用水热技术制备。Typically, 2 mmol of (NH₄）₂HPO₄加到20毫升0.1 mol/L Tb(NO₃）₃水溶液和混合物连续搅拌2 h。得到的悬浮液被转移到一个特氟隆瓶中，该瓶在不锈钢高压釜中密封，并在180℃的水热处理24小时。将高压釜自然冷却至室温后，离心分离析出物，分别用乙醇和蒸馏水洗涤2次，70℃烘干24 h，得到样品。

2.2。描述

相结构的特点是在Bruker D8高级X射线衍射（XRD）与铜的Kαα辐射（海里)。加速电压为40kv，发射电流为40ma。采用加速电压为25 kV的扫描电子显微镜(SEM，量子200)观察样品的形貌。在加速电压为200kv的JEOL-2010透射电子显微镜上获得TEM图像和选定区域电子衍射(SAED)图案。UV-Vis漫反射光谱(DRS)是通过配备积分球附件的UV/Vis分光光度计(Lambda35, PerkinElmer)获得的。光致发光(PL)光谱和寿命记录使用FLS920P爱丁堡分析仪器配备一个450 W氙灯和aF900H高能微秒闪光灯作为激发源。

3.结果与讨论

3.1。相结构与形态

数字1给出了束状TbPO的XRD谱图₄·H₂ø纳米棒（图图1（a）)和TbPO标准数据₄·H₂ø粉末（图图1（b）)。可以看出，束状TbPO的衍射峰全部出现₄·H₂Ø纳米棒与六边形结构TBPO的标准数据协议₄·H₂O（JCPDS号20-1244），与所述空间组的P3₁21（152）。数据图2（a）和图2（b）显示了TbPO的低、高倍的SEM图像₄·H₂O纳米棒束，分别。可以看出，这些束状结构在大视野内是均匀的(图)图2（a）)、放大的图像(图图2（b））表示束状结构实际上是由纳米棒的，而大部分的纳米棒被并排侧一起连接在一起。

为了详细研究束状结构的生长机制和微观结构，是由TEM和高分辨率TEM（HRTEM）装备有选择区域电子衍射（SAED）图案图像（图中观察到的获得的样品3)。可以从图中可以清楚地看到图3（a）所得到的样品是由束状形态，这是由许多TBPO组装的₄·H₂O纳米棒的直径为~ 45nm，长度为~2.3μ米捆绑纳米棒的高放大图像（图图3（b）表明作为主要结构单元的单晶纳米棒相对均匀。SAED模式(图形图3（b），插图）从上单个纳米棒采取可以被索引到（100）和TBPO的（001）面₄·H₂ø单晶与六方相结构。这些发现与上述XRD结果是一致的。的HRTEM图像（图3 (c))的单汤匙₄·H₂在图中标记为椭圆形的O nanorod图3（b）显示器单晶性质。TBPO的晶面间距的值₄·H₂Ønanorod are 0.596 and 0.633 nm, which is identical to the (100) and (001) facet distance of bulk TbPO₄·H₂分别求粉。可以看出TbPO的生长方向₄·H₂Ø单晶纳米棒沿（001）面。根据实验结果和分析，TBPO的生长机理₄·H₂提出了O纳米棒束。一般来说,TbPO₄·H₂Ò倾向于生长为纳米棒1D，这可能是由于六方晶结构的TBPO的无限线性链的特征1D₄[7]。然后，这些纳米棒的表面能可能在水热过程中发生变化[23，所以这些纳米棒聚集体可以沿着相同的方向(定向连接)组装和生长，形成束状结构。TbPO的形成过程₄·H₂O纳米棒束与In(OH)纳米棒束相似₃杆包(24]。

3.2。光学性质

数字4(a)为TbPO的UV-Vis DRS谱₄·H₂Ø纳米棒束。The absorption peaks at 216 and 310 nm are due to the spin-allowed 4f-5d transition and the spin-forbidden transition of the Tb³⁺离子，分别。The absorption peak at 487 nm is assigned to the transitions from the ground level⁷F₆到兴奋水平^五d₄铽³⁺离子(25]。TBPO的激发光谱₄·H₂ø纳米棒束通过监测Tb的发射获得的³⁺由于^五d₄→⁷F_五在543 nm处的跃迁，如图所示4（b）中。It can be seen that the excitation peak at 255 nm is assigned to intra 4f⁸4f之间的过渡⁷5D¹，和most of the excitation peaks can be clearly assigned (352 nm:⁷F₆→^五d₂;368 nm:⁷F₆→^五G₆;和378 nm:⁷F₆→^五d₃)。Under the UV light irradiation (378 nm), the emission spectrum is composed of four well-resolved peaks at 490, 543, 588, and 612 nm, which is corresponding to the（铽）转变³⁺如图所示的离子4（C）。数字4（d）示出TBPO的PL衰减曲线₄·H₂Ønanorods bundles with the excitation wavelength (378 nm) and emission wavelength at 543 nm. The PL decay curve for Tb³⁺在TBPO₄·H₂ø纳米棒束可以很好地装配成一个单一的指数函数作为（是铽的一生³⁺离子）26]。寿命结核病³⁺在TBPO₄·H₂Ønanorods bundles is determined to be 0.24 ms.

4.结论

总之，束状TBPO₄·H₂Ø纳米棒由水热法成功制备。反应介质是水溶液和不含任何表面活性剂或模板的，并且合成工艺简单，环境友好的。束形TBPO₄·H₂O纳米结构是由许多单晶TbPO组装而成₄·H₂O通过并排连接的纳米棒。这些纳米棒束产生绿色的发射，这是由相变引起的^五d₄到（)结核病的能量水平³⁺，这使得这些纳米棒束具有在许多领域，如照明，并用纳米尺寸的光电装置的潜在应用。

致谢

本工作得到国家自然科学基金(no. 21171179、21301200)、河南省科委优秀青年基金(134100510018)、河南省大学科技创新人才计划(no. 4100510018)的资助。2011 hastit030)。

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