一种硅酸钠基稀土荧光材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅酸钠基荧光材料及其制备方法，该方法为：将稀土氯化物与配体水杨酸溶解于溶剂中，向上述体系中加入硅酸钠，保温反应，反应完成后过滤、干燥，得到硅酸钠基稀土荧光材料。本发明专利技术的制备方法简便，制得的硅酸钠基荧光材料荧光强度大、荧光寿命长，以硅酸钠为基体，荧光材料分离简单，且大大降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型复合发光材料，特别涉及一种硅酸钠基稀土荧光材料及其制备方法。
技术介绍
稀土被冠以“工业味精”的美誉，是重要的战略资源。稀土元素包括从镧(La)到镥(Lu)15种元素，以及与镧系元素结构相似，关系密切的钪(Sc)和钇(Y)，共17种元素。这些元素具有外层电子结构相同，内层4f电子能级相近、电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解性等性质。稀土发光材料的发光原理是基于其4f电子层在f-f组态之间或者f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土原子或者离子，其光谱中大约有30000条可观察到的谱线，它们可以发射紫外光、可见光到红外区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性使稀土成为巨大的发光宝库，从中可以发掘出更多新型的发光材料。然而，在稀土金属的研究与应用方面尚未成熟，研究开发新的发光稀土配合物十分有必要。目前研究发现，在极性溶剂中制备的二元稀土配合物(如水杨酸铽配合物)难以析出，如果使用第二配体例如1，10-邻啡罗啉(phen)等虽然可以将配合物沉淀出来，但所得到的三元铽配合物Tb(SA)3phen在荧光发射性能方面远不如二元配合物Tb(SA)2，因为通常第二配体的三重态能级与Tb3+的最低激发态不匹配。而且，三元稀土配合物的热稳定性远远低于二元配合物的。因此，仍需探索高吸光系数的配体、合适的介质以适应业界对高品质的稀土荧光材料的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现，采用硅酸钠作为固体碱及成核材料与稀土铽配合物复合，荧光强度强，实现了稀土配合物发光材料性能的增强以及大大降低了成本，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，提供一种制备硅酸钠基稀土荧光材料的方法，该方法包括以下步骤：步骤1)，将稀土氯化物与配体水杨酸溶解于溶剂中；步骤2)，向步骤1中反应体系加入硅酸钠，保温反应；步骤3)，冷却系统，过滤，干燥，得到硅酸钠基稀土荧光材料。第二方面，提供一种硅酸钠基稀土荧光材料，优选其根据上述的方法制得，该荧光材料是铽与水杨酸在硅酸钠表面形成的稀土复合物，其红外光谱在波数1350cm-1-1600cm-1存在特征吸收峰；其紫外光谱在波长298nm附近存在最强吸收峰；其发射光谱在波长550nm附近存在最强发射峰；其激发光谱在波长360nm附近存在激发峰。根据本专利技术提供的一种硅酸钠基稀土荧光材料及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术采用硅酸钠基稀土荧光材料以价廉的硅酸钠为核材料，降低了生产成本；(2)本专利技术中的制备方法采用了不溶固体硅酸钠的极性有机溶剂，为两相反应体系，使产物有效地沉淀下来；(3)本专利技术中溶剂易回收利用，绿色环保，无废水产生，减少了对环境的污染；(4)本专利技术提供的方法还具有简便、易于控制和便于工业化生产的特点。附图说明图1示出水杨酸配体以及实施例1-6制得的产物的红外光谱图；图2示出实施例1～6制得的产物的紫外吸收光谱图；图3示出实施例1-6制得的产物的荧光发射光谱图；图4示出实施例1-6制得的产物的最大荧光发射强度曲线图；图5示出实施例1-6制得的产物的荧光激发光谱图；图6示出实施例1-6制得的产物的绝对量子效率曲线图；图7示出实施例1-6制得的产物的平均荧光寿命曲线图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。根据本专利技术的第一方面，提供一种制备硅酸钠基稀土荧光材料的方法，该方法包括以下步骤：步骤1，将稀土氯化物与配体水杨酸溶解于溶剂中；本专利技术中所述稀土氯化物选自镧、铈、镨、钕、钷、钐、钆、铽、镝、钬的氯化物中的一种或多种，优选六水合氯化铽；所述溶剂为小分子醇类溶剂，选自甲醇、无水乙醇、异丙醇中的一种或多种，优选为无水乙醇。小分子醇类溶剂为极性溶剂，可完全溶解稀土氯化物和水杨酸配体，难溶硅酸钠，因此本反应为两相反应体系，稀土配合物结合在硅酸钠表面，能够有效地使不易沉淀的稀土配合物从制备体系中分离，便于硅酸钠基产物的分离。在稀土氯化物为六水合氯化铽时，其可通过自制获得，制备方法为：(1)将七氧化四铽溶于水中，加热至80-90℃溶解，加热过程中伴随搅拌，其中，七氧化四铽摩尔量份数：水体积份数＝(0.01-0.02)：100，其中，基于1mol计为1摩尔量份，基于1mL计为1体积份；(2)在上述体系中交替加入浓盐酸和过氧化氢(30％质量分数)，在50-60℃反应，至褐色溶液变为透明，反应完成，其中，过氧化氢将高价态铽还原为低价态铽，后与浓盐酸发生成盐反应；(3)反应完成后，冷却，过滤，干燥，得到六水合氯化铽。本专利技术中，稀土氯化物与水杨酸用量比为稀土氯化物的摩尔量：水杨酸的摩尔量＝1:2-1:50，优选为1:10-1:25，其中，稀土氯化物的摩尔量以其分子的摩尔量计，水杨酸的摩尔量以其分子的摩尔量计；由于稀土元素成本高，本专利技术选择水杨酸配体过量，而且当六水合氯化铽与水杨酸配体的摩尔量之比小于1:50时，配体大量过量，产物的收率不再明显增加，而且反应结束后体系中存在大量配体，造成原料浪费。本专利技术中，稀土氯化物与溶剂用量比为稀土氯化物摩尔量份数：溶剂体积份数＝0.0001:25-0.0005:25，其中，基于1mol计为1摩尔量份，基于1mL计为1体积份。本专利技术中，稀土氯化物和配体水杨酸与溶剂混合后，通过加热或超声方式促溶，加热促溶时，加热温度为50-80℃。步骤2，向步骤1中反应体系加入硅酸钠，保温反应；本专利技术中，所述固体硅酸钠为无水硅酸钠，以利于稀土水杨酸配合物在其表面进行反应，增大硅酸钠基稀土荧光材料结合的稳定性。本专利技术中，所述稀土氯化物与硅酸钠用量比为稀土氯化物摩尔量：硅酸钠摩尔量＝1:5-1:25，优选为1:10-1:15，其中，稀土氯化物的摩尔量以其分子的摩尔量计，硅酸钠的摩尔量以其分子的摩尔量计。硅酸钠使用前研磨至所需粒度，增大其比表面积，以便更有效地吸附稀土配合物；硅酸钠可以固体的形式直接加入步骤1中的反应体系，也可溶于溶剂后再加入，所述溶剂与步骤1中所用溶剂一致，硅酸钠优选以滴加方式加入。加入过程中搅拌，使稀土离子、配体与固体硅酸钠充分迅速接触，促进反应的进行，抑制副反应产生。本专利技术中，反应温度为20-100℃，优选50-80℃。所述反应体系可在硅酸钠加入前提前控制在反应温度下，或加入硅酸钠后调节温度，优选加入硅酸钠前提前控温至反应温度。本专利技术中，反应时间为0.5-2小时，优选为1-1.5小时。反应时间小于0.5小时，稀土水杨酸配合物在硅酸钠表面上的反应尚未达到平衡，硅酸钠基稀土荧光材料的结构和性能不稳定，体系中仍存在反应原料的大量剩余；反应2小时后，稀土水杨酸配合物在硅酸钠表面上的反应达到平衡，形成稳定的硅酸钠基稀土荧光材料。步骤3，冷却系统，过滤，干燥，得到硅酸钠基稀土荧光材料。本专利技术为两相反应，不需添加其它物质改变体系组成，即可完成产物的分离。本专利技术对过滤的方式不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种过滤方式，如常压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备硅酸钠基稀土荧光材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)，将稀土氯化物与配体水杨酸溶解于溶剂中；步骤2)，向步骤1中反应体系加入硅酸钠，保温反应；步骤3)，冷却系统，过滤，干燥，得到硅酸钠基稀土荧光材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备硅酸钠基稀土荧光材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1)，将稀土氯化物与配体水杨酸溶解于溶剂中；步骤2)，向步骤1中反应体系加入硅酸钠，保温反应；步骤3)，冷却系统，过滤，干燥，得到硅酸钠基稀土荧光材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述稀土氯化物选自镧、铈、镨、钕、钷、钐、钆、铽、镝、钬的氯化物中的一种或多种，优选六水合氯化铽；和/或所述溶剂为小分子醇类溶剂，选自甲醇、无水乙醇、异丙醇中的一种或多种，优选为无水乙醇。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述稀土氯化物为六水合氯化铽时，其制备方法为：(1)将七氧化四铽溶于水中，充分溶解，其中，七氧化四铽的摩尔量份数：水体积份数＝(0.01-0.02)：100，其中，基于1mol计为1摩尔量份，基于1mL计为1体积份；(2)在上述体系中交替加入浓盐酸和过氧化氢(30％质量分数)，在50-60℃保温反应至褐色溶液变为透明；(3)反应完成后，冷却，过滤，干燥，得到六水合氯化铽。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述稀土氯化物与水杨酸用量比为稀土氯化物摩尔量：水杨酸摩尔量＝1:2-1:50，优选为1:10-1:25，其中，稀土氯化物的摩尔量以其分子的摩尔量计，水杨酸的摩尔量以其分子的摩尔量计；和/或所述稀土氯化物与溶剂用量比为稀土氯化物摩尔量份数：溶剂体积份数＝0.0001:25-0.0005:25，其中，基于1mol计为1摩尔量份，基于1mL计为1体积份。5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述固体硅酸钠为无水硅酸钠；和/或所述稀土氯化物与硅酸钠用量比为稀土氯化物摩尔量：硅酸钠摩尔量＝1:5-1:25...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶栋梁，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34