配位體修飾氟化鍶納米分層微球的可控合成*

任建學(xué)，張曉蓉，歐陽(yáng)艷，何曉燕

(伊犁師范學(xué)院凝聚態(tài)相變與微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆伊寧 835000)

無(wú)機(jī)納米發(fā)光材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在光纖通訊、激光系統(tǒng)、生物成像、醫(yī)學(xué)診斷和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域中有重要研究及應(yīng)用價(jià)值［1－2］。氟化物具有絕緣性好、禁帶寬度大、聲子能量較低、電子云擴(kuò)展效應(yīng)小和折射率較小等優(yōu)點(diǎn)，是目前最好的上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料之一［3－5］。研究表明，基質(zhì)材料性質(zhì)與其尺寸和形貌等有密切關(guān)系［6－7］。因此，可通過(guò)調(diào)控基質(zhì)材料尺寸和結(jié)構(gòu)，可控合成組分理想、結(jié)構(gòu)特定和尺寸可調(diào)的優(yōu)質(zhì)基質(zhì)材料。

目前，氟化物合成已取得顯著進(jìn)展，但是合成方法環(huán)保化和合成產(chǎn)物功能化仍面臨諸多困難［8－11］。以配位體作為結(jié)構(gòu)修飾劑，合成方法簡(jiǎn)易、環(huán)保、可控，在氟化物合成研究中具有極大潛力，但相關(guān)報(bào)道較少。

基于此，本文以硝酸鍶為鍶源，氟化鈉為氟源，乙二胺四乙酸二鈉(EDTANa2)為配位體，經(jīng)微波促進(jìn)合成了配位體修飾氟化鍶納米分層微球(1)，其結(jié)構(gòu)和形貌經(jīng)XRD和SEM表征。物料比r［n(EDTANa2)∶n(Sr2+)］和反應(yīng)溫度(t)對(duì)形貌影響較大。在最佳反應(yīng)條件［n(Sr2+)5 mmol，r=7，于120℃/600 W反應(yīng)］下合成的分層清晰，分散性好，球體均勻，直徑600 nm～800 nm。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DX-2700型X-射線衍射儀;KYKY-2800B型掃描電鏡;XH-300A型微波合成/萃取儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 合成

在反應(yīng)瓶中加入Sr(NO3)21.06 g(5 mmol)，EDTANa29.31 g(25 mmol)和去離子水 150 mL，攪拌使其溶解;置于微波合成/萃取儀(功率600 W，溫度 120℃)，加熱至沸騰，緩慢滴加 NaF 0.52 g(12.5 mmol)的去離子水(50 mL)溶液，滴畢，反應(yīng)20 min。析出白色沉淀，用去離子水(3×200 mL)洗滌，于室溫干燥得1。

僅改變物料比r［n(EDTANa2)∶n(Sr2+)］和反應(yīng)溫度(t)，用類似的方法制備1rt。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

(1)XRD

圖1 1的XRD譜圖*Figure 1 XRD spectra of 1

圖1為1和2的XRD譜圖。由圖1可見(jiàn)，1的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS No.86-2 418完全符合，均對(duì)應(yīng)立方相晶體SrF2，但1衍射峰峰強(qiáng)減弱，峰形寬化。

(2)SEM

圖2為配位劑種類對(duì)1形貌影響的SEM圖。由圖2可見(jiàn)，酒石酸鈉對(duì)1結(jié)構(gòu)控制效果不明顯，EDTANa2修飾所得1不團(tuán)聚、分散性好，且具有分層結(jié)構(gòu)。

2.2 合成

為研究1的生長(zhǎng)機(jī)理和EDTANa2在1生長(zhǎng)中所起的作用，考察了物料比r［n(EDTANa2)∶n(Sr2+)］和反應(yīng)溫度(t)對(duì)形貌的影響。

(1)r

(2)t

r=7.0，其余反應(yīng)條件同 1.2，考察 t對(duì) 17t微觀形貌的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，t=40℃時(shí)，合成的為大量不規(guī)則原始粒子;t=60℃時(shí)，合成的為粒徑1 μm的微米球;t=80℃時(shí)，合成的為堆積的微米球，該微米球并不穩(wěn)定，尺寸逐漸變大;溫度升高至120℃，合成的為分層結(jié)納米球，粒徑約600 nm～800 nm。由此可見(jiàn)，t對(duì)1的最終微觀形貌同樣有重要的作用［13］。

此外，用類似的方法考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)1微觀形貌的影響。SEM圖分析表明，其影響并不顯著。

綜上所述，形貌較佳的1的合成條件為n(Sr2+)5 mmol，r=7，于120℃/600 W反應(yīng)。

2.3 反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道［14－15］，推測(cè)1的形成機(jī)理為:(1)EDTA2－與 Sr2+形成 Sr-EDTA，水溶液中Sr2+含量降低;(2)氟化鈉解離出的F－與Sr-EDTA中緩慢釋放出的Sr2+在水溶液中迅速形成1的晶核;(3)晶核在微波促進(jìn)下形成1的原始粒子，并隨著反應(yīng)時(shí)間推移而聚集和生長(zhǎng)為1。

圖2 1的SEM圖*Figure 2 SEM images of 1

圖3 的SEM圖Figure 3 SEM images of

圖4 的SEM 圖Figure 4 SEM images of

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