Синтез нанолюминофоров YPxV1-xO4 спрей-пиролитическим и микроволновым методами

Аннотация

За счет редкоземельного допирования фосфаты и ванадаты являются ведущими материалами для синтеза люминофоров благодаря их термостойкости, низкой температуре спекания, химической стабильности. Особый интерес привлекают люминофоры в наноразмерном состоянии. Простой, быстрый и масштабируемый синтез нанолюминофоров высокой химической гомогенности является актуальной задачей. Целью работы являлся синтез порошков смешанных кристаллов ванадат-фосфата иттрия различного состава методами соосаждения под действием микроволнового излучения и спрей-пиролиза, а также сравнительный анализ характеристик полученных образцов.
Методами соосаждения под действием микроволнового излучения и спрей-пиролиза в различных режимах синтезированы образцы YV_хP_1–хO₄ разного состава. Данные рентгенофазового анализа в случае синтеза ванадат-фосфата иттрия YV_хP_1–хO₄ методом спрей-пиролиза с последующим отжигом подтверждают образование однофазных нанопорошков. Методами просвечивающей электронной микроскопии и растровой электронной микроскопии выявлены морфологические характеристики образцов. В зависимости от режима отжига образцы представляют собой ограненные либо сферические частицы размером менее 100 нм. Состав образцов YV_хP_1–хO₄, синтезированных
методом соосаждения под действием микроволнового излучения, сильно зависит от рН раствора прекурсоров.
Минимальное содержание примесных фаз достигается при рН, равном 9.
Метод спрей-пиролиза позволяет синтезировать нанопорошки ванадат-фосфата иттрия YV_хP_1–хO₄ высокой химической гомогенности с размером частиц менее 100 нм. При синтезе YV_хP_1–хO₄ методом соосаждения под действием микроволнового излучения максимальной химической однородности порошков ванадат-фосфата иттрия удается достигнуть при рН = 9. Однако дисперсия частиц по размеру велика, лежит в интервале 2–60 мкм.

ЛИТЕРАТУРА

1. Wu C., Wang Y., Jie W. Hydrothermal synthesisand luminescent properties of LnPO4:Tb (Ln = La, Gd)
phosphors under VUV excitation. Journal of Alloys and
Compounds. 2007;436: 383–386. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.07.056
2. Huang J., Tang L., Chen N., Du G. Broadening
the photoluminescence excitation spectral bandwidth
of YVO4:Eu3+ nanoparticles via a novel core-shell and
hybridization approach. Materials. 2019;12: 3830. DOI:
https://doi.org/10.3390/ma12233830
3. Wu Y., Zhang Z., Suo H., Zhao X., Guo C. 808 nm
light triggered up-conversion optical nano-thermometer
YPO4:Nd3+/Yb3+/Er3+ based on FIR technology.
Journal of Luminescence. 2019;214: 116478. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116578
4. Xiu Z., Wu Y., Hao X., Li X., Zhang L. Uniform
and well-dispersed Y2O3:Eu/YVO4:Eu composite microspheres
with high photoluminescence prepared by
chemical corrosion approach. Colloids Surf. A.
2012;401(5): 68–73. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.03.021
5. Vats B. G., Gupta S. K., Keskar M., Phatak R.,
Mukherjee S., Kannan S. The effect of vanadium substitution
on photoluminescent properties of KSrLa(-
PO4)x(VO4)2x:Eu3+ phosphors, a new variant of phosphovanadates.
New Journal of Chemistry. 2016;40(2):
1799–1806. DOI: https://doi.org/10.1039/c5nj02951a
6. Riwotzki K., Haase M. Colloidal YVO4:Eu and
YP0.95V0.05O4:Eu nanoparticles: luminescence and energy
transfer processes. The Journal of Physical Chemistry
B. 2001;105(51): 12709–12713. DOI: https://doi.org/10.1021/jp0113735
7. Wu C.-C., Chen K.-B., Lee C.-S., Chen T.-M.,
Cheng B.-M. Synthesis and VUV photoluminescence
characterization of (Y,Gd)(V,P)O4:Eu3+ as a potential
red-emitting PDP phosphor. Chem. Mater. 2007;19(13):
3278–3285. DOI: https://doi.org/10.1021/cm061042a
8. Shimomura Y., Kurushima T., Olivia R., Kijima N.
Synthesis of Y(P,V)O4:Eu3+ red phosphor by spray pyrolysis
without postheating. The Japan Society of Applied.
2005;44(3): 1356–1360. DOI: https://doi.org/10.1143/JJAP.44.1356
9. Lai H, Chen B., Xu W., Xie Y., Wang X., Di W. Fine
particles (Y,Gd)PxV1−xO4:Eu3+ phosphor for PDP prepared
by coprecipitation reaction. Materials Letters.
2006; 60 (11): 1341-1343. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.11.051
10. Singh V., Takami S., Aoki N., Hojo D., Arita T.,
Adschiri T. Hydrothermal synthesis of luminescent
GdVO4:Eu nanoparticles with dispersibility in organic
solvents. Journal of Nanoparticle Research. 2014;16(5):
2378. DOI: https://doi.org/10.1007/s11051-014-2378-2
11. Song W.-S., Kim Y.-S., Yang H. Hydrothermal
synthesis of self-emitting Y(V,P)O4 nanophosphors for
fabrication of transparent blue-emitting display device.
Journal of Luminescence. 2012;132(5): 1278–1284.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2012.01.015
12. Yu M., Lin J., Fu J., Han Y. Sol–gel fabrication,
patterning and photoluminescent properties of
LaPO4:Ce3+, Tb3+ nanocrystalline thin films. Chemical
Physics Letters. 2003;5(1-2): 178–183. DOI: https://doi.org/10.1016/S0009-2614(03)00239-2
13. Raoufi D., Raoufi T. The effect of heat treatment
on the physical properties of sol–gel derived ZnO thin
films. Applied Surface Science. 2009;255(11): 5812–
5817. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ap-susc.2009.01.010
14. Shao J., Yan J., Li X., Li S., Hu T. Novel fluorescent
label based on YVO4:Bi3+, Eu3+ for latent fingerprint
detection. Dyes and Pigments. 2019;160: 555–562.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2018.08.033
15. Dolinskaya Yu. A., Kolesnikov I. E., Kurochkin
A. V., Man’shina A. A., Mikhailov M. D., Semencha
A. V. Sol-Gel synthesis and luminescent properties
of YVO4: Eu nanoparticles. Glass Physics and Chemistry.
2013;39(3): 308–310. DOI: https://doi.org/10.1134/s1087659613030061
16. Томина Е. В., Сладкопевцев Б. В., Митто-
ва В. О., Кнурова М. В., Латышев А. Н., Миттова И. Я.
Микроволновый синтез и люминесцентные свой-
ства YVO4:Eu3+. Неорганические материалы.
2016;52(5): 495–498. DOI: https://doi.org/10.7868/S0002337X16050171
17. Томина Е. В., Миттова И. Я., Бурцева Н. А.,
Сладкопевцев Б. В. Способ синтеза люминофора на
основе ортованадата иттрия: патент на изобрете-
ние № 2548089. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет».
№ 2013133382/05; заявл. 12.11.2013; опубл.
20.05.2015.
18. Томина Е. В., Куркин Н. А., Мальцев С. А.
Микроволновый синтез ортоферрита иттрия и
допирование его никелем. Конденсированные
среды и межфазные границы. 2019;21(20): 306–312.
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/768
19. Huang J., Gao R., Lu Z., Qian D., Li W., Huang B.,
He X. Sol–gel preparation and photoluminescence
enhancement of Li+ and Eu3+ co-doped YPO4 nanophosphors.
Optical Materials. 2010;32(9): 857–861.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2009.12.011
20. Brandon D., Kaplan W. D. Microstructural
Characterization of Materials. John Wiley & Sons Ltd;
1999. 409 p. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470727133