稀土掺杂氯氧化铋超薄纳米片的制备及其发光性能的研究

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近年来,以石墨烯为代表的二维材料(2D)受到人们的热切关注。由于其超薄二维纳米材料具有独特的片层状结构,片层厚度仅为单原子层或者几个原子层的厚度,电子运动被限制在二维平面内,因此超薄二维(2D)纳米材料展现出独特的物理、化学、电子和光学特性。通常稀土离子的荧光特性与所处的晶体场环境有极大的关系。因此,超薄二维材料与稀土离子相结合,有可能会产生不同于传统的荧光现象。通过前期的探索发现,氯氧化铋随其二维尺寸的减小,其发光强度逐渐增强,这与已有的认知不相符,进一步认识这种独特的发光现象,有助于开发新型的荧光材料或者扩大材料的潜在应用。首先,我们通过超声辅助液相剥离的方法制备氯氧化铋超薄纳米片。在制备过程中,不同的超声条件以及不同的溶剂选择对剥离效果有很大的影响。通过对比实验,对溶剂,超声时间,超声频率等条件进行优化,成功制备了氯氧化铋超薄纳米片。在进一步的离心处理后,利用离心力的不同,得到了片层厚度分布不同的样品,为下一步的测试奠定了基础。随后,我们利用Eu3+离子对微观环境灵敏的特性,研究了不同厚度氯氧化铋超薄纳米片荧光特性与片层厚度之间的相互关系。研究发现,氯氧化铋超薄纳米片片层厚度的改变会引起材料本身的铁电性所引起的极化场的改变,进而引起某些敏感跃迁的荧光分支比的改变,产生独特的荧光现象。由于片层厚度的减小,使得氯氧化铋超薄纳米片本身的自发极化增大的同时退极化场也随之增大,两者竞争的关系,因而使得I(5D07F2)/I(5D07F4)分之比呈现增大的趋势。为了进一步研究片层厚度对稀土离子荧光特性的影响,我们又研究了Er3+离子掺杂氯氧化铋超薄纳米片的荧光特性。研究表明:首先,与未超声样品相比,在经过超声处理后,样品的光子雪崩现象消失,且随着片曾厚度的减小,光子数减小,红绿比增大,这是由于在退极化场跟量子尺寸效应共同影响下,减少了红光能级与绿光能级上的粒子布居数,使Er3+的荧光特性发生改变。最后,我们通过在合成过程中改变乙醇和水的含量,利用化学法制备出来了不同厚度的BiOCl:Yb3+/Er3+纳米晶。研究发现:随着溶剂中乙醇含量的增加,样品厚度不断减薄,内电场增强,导致红光上转换发光强度不断增强。
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