一種稀土聚合物綠色螢光材料及其製備方法與流程
2023-06-02 13:03:16 2
本發明屬螢光材料技術領域。具體是一種稀土聚合物綠色螢光材料及其製備方法。
背景技術：
螢光粉材料最早問世於1938年，早期Stokes等人合成了鎢酸鈣等螢光粉並用於螢光燈中。在1948年人們又開發出了磷酸鹽螢光粉，此螢光粉發光性能比早期螢光粉發光性能有了顯著改善。在20世紀60～70年代螢光粉得到了廣泛的應用。隨著對螢光粉研究的不斷深入，人們開發出了三基色螢光粉，把稀土元素作為激活劑引進螢光粉中，是螢光粉的發光性能得到明顯的提高。目前市場上螢光粉主要有硫化物系螢光粉，鋁酸鹽系螢光粉，磷酸鹽系螢光粉，稀土螢光粉等。
稀土元素離子由於其特殊的電子層結構和豐富的能級，使得它成為人類發光材料的寶庫。由於稀土離子的f-f躍遷屬于禁戒躍遷，因此在可見光和紫外光區表現出很弱的吸收，使得單一稀土離子的發光相對較弱，但當稀土離子與有機配體配合得到配合物時，由於有機配體在紫外區常常有較大的吸收，並通過有效的分子內能量傳遞過程,將其激發態的能量傳遞給稀土離子的發射能級，從而極大地促進了稀土離子的特徵發射，增強其發光效應。稀土配位聚合物螢光材料是由稀土金屬陽離子和有機配體通過自組裝形成的特殊化合物，它具有與無機晶體化合物相似的晶體結構，但其合成具有可調控性，因此可以通過拓撲結構的定向設計和有機官能團的拓展設計合成出具有特定性能的配位聚合。通過對有機成分和稀土離子進行科學合理地篩選與調控，控制金屬離子和共軛基元的大小，可以實現對發光波長的調控。另一方面，通過對分子材料的設計，可以研究分子結構和性能之間特定的關係，探索材料的發光機理，從而為設計新型高效的螢光材料提供依據。基於此觀點，我們採用水熱法合成一種具有綠色發光性能的稀土聚合物螢光材料[Tb2(C12H8N2)2(C5H6O4)3]n，測試表明該化合物具有較好熱穩定性和螢光性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種稀土聚合物綠色螢光材料及其製備方法。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下：
1.一種稀土聚合物綠色螢光材料
1)化學名稱為三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱；
化學式：[Tb2(C12H8N2)2(C5H6O4)3]n。
2)結構式為
3)理化性質：外觀為褐色棒狀晶體，無味道，難溶於有機溶劑和水。
2.三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的製備方法，具體操作如下：分別稱取戊二酸0.0264g(0.2mmol)，鄰菲羅啉0.0270g(0.15mmol)，TbCl30.0743g(0.28mmol)加入到20ml反應釜中，再加入2ml蒸餾水，攪拌混合均勻，滴入三乙胺調節pH＝5～6，裝好反應釜，放置於100℃恆溫箱中7天，取出反應釜使之自然冷卻至室溫，抽濾，並用蒸餾水洗滌，常溫乾燥，即為三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱。
3.化合物三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的確認，利用APEXII CCD衍射儀確認三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱：將製備的稀土聚合物晶體在Bruke smart APEXII CCD衍射儀上，用石墨單色器單色化的Mo Kα(λ＝0.071073nm)射線，以ω-θ方式掃描。在296K下，共收集衍射點。經全矩陣最小二乘法對F2進行修正結構分析用SHELXL-97軟體包完成。化合物的分子式為C39H34N4O12Tb2，相對分子量為1068.56g/mol，晶體為三斜晶系，空間群為P-1，晶胞參數為α＝83.909(2)°，β＝84.340(2)°，γ＝74.984(2)°,Z＝2。
4.化合物結構分析
該稀土聚合物螢光材料[Tb2(C12H8N2)2(C5H6O4)3]n展示二維層狀結構，Tb3+離子與戊二酸相互連接，形成二維層。鄰菲羅啉起到結構修飾作用，進一步與Tb3+配陽離子螯合。稀土聚合物中含有光學活性的Tb3+和鄰菲羅啉分子中的共軛大π鍵，有利於電子躍遷和能量傳遞，致使該稀土聚合物具有良好的綠色螢光性能。
5.用途
光學性能測試表明，稀土聚合物具有良好的綠色螢光性能(545nm)，發光強度相當強，預計在彩色顯示器、螢光標記、螢光防偽纖維、螢光塗料等領域有著重要應用價值。
本發明的優點：
本發明提供的稀土聚合物螢光材料[Tb2(C12H8N2)2(C5H6O4)3]n是通過水熱合成方法生長出的晶體。本發明所採用的製備方法具有工藝簡單、高效、廉價、無汙染、重複性好等優點。該材料的優點是熱穩定性好和發光強度強。
附圖說明
圖1為本發明一種稀土聚合物綠色螢光材料的螢光光譜圖。
圖中：縱座標為螢光強度，橫座標為螢光波長。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
1.三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的製備
實施例1
三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的製備
分別稱取戊二酸0.0264g(0.2mmol)，鄰菲羅啉0.0270g(0.15mmol)，TbCl30.0743g(0.28mmol)加入到20ml反應釜中，再加入2ml蒸餾水，攪拌混合均勻，滴入三乙胺調節pH為5，裝好反應釜，放置於100攝氏度恆溫箱中7天，取出反應釜使之自然冷卻至室溫，出現塊狀晶體。取出晶體樣品用蒸餾水洗滌，常溫乾燥。產率83％(以TbCl3為標準)。
實施例2
三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的製備
分別稱取戊二酸0.0264g(0.2mmol)，鄰菲羅啉0.0270g(0.15mmol)，TbCl30.0743g(0.28mmol)加入到20ml反應釜中，再加入2ml蒸餾水，攪拌混合均勻，滴入三乙胺調節pH為6，裝好反應釜，放置於100攝氏度恆溫箱中7天，取出反應釜使之自然冷卻至室溫，出現塊狀晶體。取出晶體樣品用蒸餾水洗滌，常溫乾燥。產率83％(以TbCl3為標準)。
將製備的稀土配位聚合物晶體在Bruke smart APEXII CCD衍射儀上，用石墨單色器單色化的Mo Kα(λ＝0.071073nm)射線，以ω-θ方式掃描。在296K下，共收集衍射點。經全矩陣最小二乘法對F2進行修正結構分析用SHELXL-97軟體包完成。化合物的分子式為C39H34N4O12Tb2，相對分子量為1068.56g/mol，晶體為三斜晶系，空間群為P-1，單胞參數為α＝83.909(2)°，β＝84.340(2)°，γ＝74.984(2)°,Z＝2。
2.三戊二酸·二鄰菲羅啉合二鋱的性能測試
通過螢光光譜儀測試表明，該聚合物在545nm處有綠色螢光，且性能良好，如圖1所示。