超薄稀土层状氢氧化物纳米片的可控合成及其置换产物的功能化

Ultra-thin rare earth hydroxide (LRH) nanosheets are suitable to construct functional films. Efforts will be devoted to developing a one-pot synthesis of ultra-thin LRH nanasheets based on the crystallization habit of LRH at low temperature. The controlled structure and optical properties of LRHs will be achieved via combining different rare earth activators and introducing different kinds of anions in interlayer. According to thermal decomposition mechanism of intercalation products and the spatially confined effect of orientation of intercalation films on the atom diffusion behavior during the thermal annealing process, the well-oriented rare-earth oxyfuoride, oxysulfide and oxide films are expected to be obtained via proper calcination of intercalation LRH films with [00l] orientation. This project may provide new ideas for design of new LRH luminescent films.

超薄稀土层状氢氧化物（LRH）是制备荧光薄膜的理想结构单元。本项目拟利用LRH晶体的结晶习性，在低温条件下建立LRH超薄纳米片的无剥离可控合成技术；通过对层板中稀土离子的掺杂和在层间引入不同种类的无机阴离子等措施实现对LRH超薄纳米片结构的微观调控及荧光性能的修饰；在此基础上，以阴离子修饰后的超薄LRH纳米片为构筑单元制备[00l]取向薄膜，利用各置换产物的热分解机理及膜的取向性在热分解过程中对原子扩散行为的空间限制作用，通过适当煅烧获得稀土氟氧化物、稀土硫氧化物以及稀土氧化物荧光膜。为新型功能阴离子LRH荧光薄膜的制备提供新的设计思路。

根据层状化合物的结晶习性，采用低温共沉淀法在宽谱范围内成功合成了一系列Ln2(OH)5NO3•nH2O（Ln=Pr-Er，Y）的超薄稀土层状氢氧化物纳米片，明确了“镧系收缩”对材料的合成及结构（层板结构参数、层间距以及层板电荷密度）的影响规律；采用低温共沉淀法成功合成了多种稀土激活离子（Pr3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+）掺杂的复合超薄稀土层状氢氧化物纳米片，并研究了各二元体系的LYH晶体结构的变化规律，并获得了荧光可调（红、黄、蓝、绿色）的氧化物；采用低温原位置换法获得了F-和SO42-置换的Ln2(OH)5NO3•nH2O（Ln=Pr-Er，Y）超薄稀土层状氢氧化物纳米片，明确了置换阴离子在不同稀土元素的LRH层板之间的空间排布情况以及对LRH结构的影响规律，此外，还明确了置换阴离子与层板之间的键合力是影响荧光性能的关键因素；采用低温原位置换法成功制备了F-和SO42-置换的Y/Eu体系，研究了置换产物在热分解过程中的热力学及动力学变化，明确了热分解过程中的结构、形貌以及物相的转变规律；采用表面活性剂获得了分散的超薄纳米片，以旋涂的方式获得了(Y,Eu)2(OH)5F•nH2O、(Y,Tb)2(OH)5F•nH2O以及(Y,Eu,Tb)2(OH)5F•nH2O三种薄膜，明确了取向性对荧光性能的影响以及Tb3+和Eu3+之间的能量传递，获得了荧光可调的荧光薄膜。