[发明专利]一种稀土/L型沸石新型发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土功能材料领域，具体为一种稀土/L型沸石发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土元素由于独特的4f层电子构型，在冶金工业、石油化工、贮氢、玻璃陶瓷、永磁材料、发光材料等领域有着潜在的应用价值。Eu³⁺作为红色荧光粉的发光中心，表现出很好的发光性能，常以⁵D₀→⁷F_1，2成为主要的跃迁。含Eu的荧光粉在商业上大量生产，但缺点是成本昂贵，因此寻找便宜的替代品势在必行。然而该替代品必须有很好的光学性能，比如在254nm能够高效吸收紫外光，量子效率较高(＞85％)等。

近年来，硅铝酸盐沸石因其低廉的价格，高的热稳定性及良好的光学透明性而在发光材料领域引起人们的广泛兴趣。如，将Eu³⁺通过离子交换法装载到Y型沸石孔道中，再加入有机配体：噻吩或1，10-邻菲罗啉等对稀土离子进行敏化，便可制得性能优异的发光材料。

L型沸石是含有钾离子的铝硅酸盐，由交替的六方柱笼与钙霞石笼在c-轴方向上堆积而成，再按六重轴旋转产生十二环孔道，具有一维孔道结构，孔径为0.71nm的大微孔分子筛。它不仅原料便宜，易于制备，还具有良好的热稳定性，在800℃焙烧后，仍保持原来的晶体结构。另外，L型沸石是迄今为止唯一可在实验室内实现形貌和颗粒大小精细调控的硅铝酸盐沸石微孔晶体材料。因此，他们可作为发光分子的良好的主体用来开发多功能的光学材料。例如，瑞士Bern大学的Calzaferri教授开发出系列以该类沸石为主体的超分子光功能材料，他们在太阳能电池，生物医药等领域有潜在的应用价值；河北工业大学李焕荣教授将稀土有机配合物装载的L型沸石纳米孔道中得到热稳定性高的荧光材料，他们还利用自组装技术将其组装成结构高度有序的发光薄膜。然而，该类材料中稀土离子激发态的荧光寿命较短，这可归因于孔道内羟基及有机配体中C-H键震动耗散。

目前，国内外多采用高温固相法制备稀土发光材料，该方法不但能耗高，而且所制备的发光材料形貌不易控制，容易出现烧结现象，上述缺点直接影响着材料的使用和性能。本发明拟开发一种具有规整形貌、单色性较好的稀土发光材料及其简便、能耗低的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对当前发光材料存在的工艺复杂，制备温度高，耗能大的缺点，提供一种新型稀土/L型沸石发光材料及其制备方法。该材料具有规整形貌、发光单色性好等优点，制备方法具有温度低，能耗低，形貌易控制的优点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种新型稀土/L型沸石发光材料，该材料由L型沸石，稀土离子(Ln)和铋离子组成；其配比为：0.0025-0.25mmol稀土离子/100mg沸石，摩尔比稀土离子∶铋离子＝1～250∶40～1。

所述的稀土离子为(Ln)：Nd³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺或Dy³⁺。

上述一种稀土/L型沸石发光材料的制备方法，其步骤如下：

(1)用稀硝酸溶解五水硝酸铋晶体，配制成浓度为0.01-0.20mol/L硝酸铋溶液；

(2)用稀土氧化物和浓盐酸配制浓度为0.1mol/L的LnCl₃.6H₂O溶液；

(3)按照摩尔比Ln∶Bi³⁺＝1～250∶40～1的比例将第一步得到的硝酸铋溶液与LnCl₃.6H₂O溶液混合均匀；

(4)按照0.0025-0.25mmol稀土离子/100mg沸石的量称取L型沸石，与混合液混合之后，在60-100℃下进行离子交换。

(5)4-48h后停止离子交换，用去离子水洗涤步骤(4)所得产物，将洗涤后的产物放置在烘箱中干燥。

(6)将干燥好的产物在管式炉中焙烧，最后得到稀土/L型沸石新型发光材料。

本发明的有益效果是：

1.通过简单的离子交换过程和焙烧过程使得稀土/L型沸石的发光强度和稳定性增强。

2.稀土/L型沸石的荧光寿命，比其他稀土掺杂沸石有了极大地提高，例如实施例5中的产品寿命达到了1.69ms以上。