柠檬酸-凝胶法合成ZnGa_2O_4∶Mn^(2+)/Eu^(3+)及其发光性能的研究

采用柠檬酸 凝胶法合成了纯的ZnGa2 O4粉末以及ZnGa2 O4∶Mn2 + /Eu3 + 粉末 ,利用X射线衍射(XRD)、热重及差热分析 (TG DTA)、发光光谱等测试手段对ZnGa2 O4和ZnGa2 O4∶Mn2 + /Eu3 + 的结晶过程、发光性质进行了研究。XRD结果表明 ,柠檬酸 凝胶法合成的样品在 5 0 0℃时已开始结晶 ,在 70 0℃时可得到纯相的ZnGa2 O4多晶粉末 ,这比传统固相法的烧结温度低 5 0 0℃。发光光谱测试表明ZnGa2 O4∶Mn2 + 在4 5 0nm和 5 0 6nm处出现两个发射带 ,前者属于ZnGa2 O4基质的发射 ,后者属于Mn2 + 的4T1→6A1的跃迁发射。ZnGa2 O4∶Eu3 + 则呈现Eu3 + 的特征红光发射 ,最强峰位于 6 13nm ,属于Eu3 + 的5D0 →7F2 超灵敏跃迁。通过光谱分析进一步证实了ZnGa2 O4∶Mn2 + /Eu3 + 的发光机理是基质敏化 。

ZnGa_2O_4∶Cr^(3+)红色荧光粉的光致及电致发光性能

采用柠檬酸络合溶胶-凝胶法合成ZnGa2O4∶Cr3+红色荧光粉,在空气气氛中1000℃煅烧得到ZnGa2O4单相.对粉体进行X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(EPR)测试,结果显示,在空气气氛中煅烧,铬离子以三价形式存在(Cr3+),未出现高价铬离子(Cr5+,Cr6+).Cr3+取代Ga3+占据八面体格位,位于695nm的红光发射带属于Cr3+的2E-4A2跃迁.Cr3+的激发带与基质发射带间有大面积重叠,两者间存在有效的能量传递.利用丝网印刷方法制成电致发光器件,与硫化物电致发光器件相似,ZnGa2O4∶Cr3+电致发光器件的亮度与电压满足L=L0exp(-bV-1/2)关系,且亮度与频率成正比.器件的Q-V曲线为闭合回路,发光效率η约为13lm·W-1.

ZnGa2O4长余辉发光特性的研究

以ZnO和Ga2O3为原料,采用高温固相法,在不同温度和原料配比下合成了ZnGa2O4。用254 nm的紫外灯照射样品后,发现存在余辉发光,有505和690 nm两个余辉峰,且余辉峰相对强度受原料配比和烧结温度等制备条件的影响。ZnO不足和温度较高时505 nm峰相对强度较高,ZnO过量和温度较低时690nm峰相对强度较高。讨论了余辉峰的来源,认为505 nm峰来源于结构中Ga3+替代了部分Zn2+后相对变形八面体中Ga3+的2EA→4A2能级间跃迁;而690 nm峰起源于晶格中出现氧空位V0*后变形八面体中氧空位向其周围的O2-的V0*→O2-跃迁。解释了余辉峰相对强度受制备条件影响的原因:温度较高时ZnO较多挥发导致不足,而ZnO不足会使结构中出现Zn2+空位,从而多余的的Ga3+出现在这些空位上,其2EA到4A2能级间跃迁使505 nm发射占优;而温度较低时ZnO挥发较少,由于ZnO相对Ga2O3氧不足,可形成更多的O空位,有利于690 nm发射占优,这与余辉峰来源的讨论相符合。

ZnGa_2O_4纳米晶的制备和结构表征

采用喷射共沉淀法制备了ZnGa2 O4纳米晶。XRD、SEM和TEM结构分析结果表明 ,喷射共沉淀法制备的Zn Ga2 O4纳米晶颗粒细小均匀 ,形状完整。与化学共沉淀法相比 ,粒子尺寸明显减小 ,小于 10nm ,同时ZnO杂相峰消失。分析了喷射共沉淀法的机理 ,并对实验结果进行了解释。

柠檬酸溶胶-凝胶法合成ZnGa_2O_4:Mn^(2+)纳米粉末的结构和发光性能研究

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了ZnGa2O4∶Mn2+粉末。利用XRD、SEM、IR、EPR和PL光谱手段,表征了样品的结构、形貌和发光性能。结果表明,柠檬酸溶胶-凝胶法制备的ZnGa2O4∶Mn2+颗粒均匀,在650℃热处理7h即可得到结晶性好、粒径约为50nm的粉末;掺杂的锰是+2价的,不仅存在于四面体间隙中,也存在于八面体间隙中;当Mn2+的掺杂浓度为0.3%(原子分数),退火温度为800℃时,样品的绿色发光强度最大。

ZnGa_2O_4的制备及其光学性能

以GaO(OH)和ZnO为原料,采用高温固相法合成了ZnGa2O4荧光粉。对样品进行了XRD及发射光谱表征。当n(Ga)∶n(Zn) =2∶1 .2时,制得的ZnGa2O4为纯相;n(Ga)∶n(Zn) =2∶0. 9时合成的ZnGa2O4的发光性能最好,以GaO(OH)和ZnO为原料制备的ZnGa2O4,其发光强度是以α- Ga2O3或β- Ga2O3为原料制备的ZnGa2O4的发光强度的 2倍。

ZnGa_2O_4:Eu^(3+)红色荧光粉的光致及电致发光性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了ZnGa2O4:Eu3+红色荧光粉,利用XRD、SEM、PL和EL光谱手段,表征了样品的结构、形貌和发光性能.结果表明:Eu3+的掺杂浓度是6at%,在空气气氛中800℃热处理5h即可获得结晶性好的ZnGa2O4单相;SEM结果表明粉末样品颗粒形状不规则,粒径大小在30～50nm之间;PL和EL光谱图显示两者发光机制的本质相同,最强峰位于613nm处,属于红光发射,是5D0→7F2电偶极跃迁发射所致.

ZnGa_2O_4∶Mn^(2+)粉末的电致发光性能

采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了ZnGa2O4∶Mn2+粉末,利用丝网印刷技术制得交流粉末电致发光器件,并对其电致发光性能进行了测定和分析。结果表明:器件所发出的绿光(504nm)是Mn2+的3d5电子构型内4T1→6A1跃迁所致;启亮电压为100V左右;发光亮度与所加驱动电压满足B=Boexp(-bV-1/2)关系,这与传统电致发光器件类似,且在3000Hz以内发光亮度与频率成正比。讨论了ZnGa2O4∶Mn2+粉末的光致发光(PL)和电致发光(EL)的机理。

ZnGa_2O_4纳米晶的自蔓延燃烧合成及其液相光催化性能

以硝酸锌和硝酸镓为前驱物,以氨基乙酸为燃料,采用自蔓延燃烧法成功地合成出ZnGa2O4纳米晶.利用X射线衍射(XRD)、氮吸附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HTEM)表征了ZnGa2O4纳米晶的晶相结构、比表面积、表面形貌和晶粒大小.考察了其在紫外光下对液相中甲基橙(MO)的光催化降解性能.结果表明:自蔓延燃烧法合成的ZnGa2O4是具有大孔结构的纳米材料,颗粒小和比表面积大,具有良好的光催化降解MO的性能;通过调控硝酸根离子与氨基乙酸的摩尔比,可实现对ZnGa2O4的晶粒大小及比表面积的调控.

尖晶石型ZnGa_2O_4光学性质的第一性原理计算

首先采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法(包括PBE、PBESOL、PW91、RPBE、WC)对尖晶石型ZnGa2O4的结构进行了优化,得到和实验值最接近晶格常数a0=0.837 8 nm;然后在结构优化的基础上采用GGA-WC计算ZnGa2O4的电子结构和光学性质。结果表明,ZnGa2O4为间接带隙复合氧化物,带隙宽为2.335 eV;ZnGa2O4的静态介电常数为3.45,静态折射率为1.85,介电函数吸收边位于4.0 eV附近;ZnGa2O4的反射系数在19.3 eV附近取得最大值,吸收系数在11.0 eV^17.5eV间取值均较大,电子能量损失谱的共振峰在20.5 eV处,并与此能量时反射系数R(ω)的陡降相对应。

近红外长余辉纳米探针ZnGa2O4∶Cr^3+,Sn^4+的制备及Fe^3+含量的时间分辨检测

鉴于长余辉材料免实时激发特性可有效消除激发光源及复杂样品自体荧光的干扰,近红外长余辉材料在生物成像领域受到了广泛关注。但其在荧光传感应用方面的报道相对较少,尤其是利用长余辉纳米粒子来检测金属阳离子鲜有报道。本文采用水热法制备了Sn4+共掺的近红外长余辉纳米材料ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+(ZGSC),再以包硅处理得到在水溶液中分散性良好的荧光探针ZnGa2O4∶Cr3+,Sn4+@SiO2(ZGSC@SiO2)。基于Fe3+对长余辉材料ZGSC@SiO2的荧光猝灭效应,构建了一种选择性好、无背景干扰的近红外长余辉荧光探针ZGSC@SiO2,用于Fe3+的定量检测。采用时间分辨光谱可有效地消除背景干扰,实现了高信噪比检测,其线性范围为50~800μmol/L,检出限为25.12μmol/L。选取了3种补铁口服液作为实际样品,对其总铁含量以及Fe3+的含量进行检测,并进行了加标实验。实验结果表明,测定结果中总铁含量与标示值吻合;3种样品中总铁含量的加标回收率为99.00%~99.79%,相对标准偏差(RSD)为2.416%~3.808%;Fe3+含量的加标回收率为99.90%~102.69%,RSD为3.263%~4.296%,满足测定要求。根据样品中总铁含量和Fe3+含量,可计算得出Fe2+含量,因此该荧光传感体系具有可同时检测Fe3+与Fe2+的优点,可以用于补铁口服液中有效价态Fe2+的质量控制检测。

八面体结构ZnGa_2O_4微晶的制备及其光催化性能

以乙酸锌和氧化镓为反应原料,以乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了八面体结构的ZnGa2O4微晶。通过TG-DSC,XRD、SEM等分析方法对ZnGa2O4微晶进行了测试和表征。研究了其物相组成、显微结构、形成机理及光催化性能。结果表明,在700℃、4～6 h时可以成功制备出八面体结构的ZnGa2O4单晶,其暴露的晶面族{111};八面体结构ZnGa2O4的合成是一个受ZnO的产生速率所控制的过程;光催化降解罗丹明B的实验表明,八面体结构ZnGa2O4微晶有着较好的光催化性能。

立方纳米结构ZnGa_2O_4的制备及光催化性质

首先采用水热法在FTO衬底上制备出α-GaOOH纳米柱阵列,再以α-GaOOH纳米柱/FTO结构作为前驱体进行水热反应,经溶解再结晶过程,α-GaOOH纳米柱可转变为边长约为500 nm的ZnGa_2O_4纳米立方块。在模拟太阳光源辐照下的一系列光催化实验结果表明:样品对亚甲基蓝具有较强的吸附作用和较高的光催化活性,对罗丹明B、刚果红的吸附能力和光催化作用都很弱,对甲基橙只有较弱的光催化作用;H_2O_2可以作为电子捕捉剂和供氧剂,促进样品的导带电子参与活性自由基的形成,使样品对染料表现出持续较高的光催化活性。

煅烧温度对络合溶胶-凝胶法制备ZnGa_2O_4微晶形貌及光催化性能的影响

采用EDTA络合溶胶-凝胶法制备了尖晶石结构的ZnGa2O4微晶。通过XRD、SEM等分析方法对ZnGa2O4微晶进行了测试和表征。研究了不同煅烧温度对其物相组成、显微结构及光催化性能的影响。结果表明,以乙酸锌和氧化镓为反应原料,以乙二胺四乙酸为络合剂,在650～800℃能合成单一物相的ZnGa2O4微晶。在700℃时可以成功制备八面体形的ZnGa2O4微晶,在800℃时可以合成棒状的ZnGa2O4微晶;随着温度从650～800℃逐渐升高,其对罗丹明B的光催化降解性能逐渐提高。

ZnGa_2O_4:Cr^(3+)近红外长余辉荧光粉制备与光学性能研究

采用高温固相法制备了ZnGa_2O_4:Cr^(3+)近红外(660-1300 nm)长余辉荧光粉,并系统地研究了样品的荧光、长余辉、光激励发光及热释光性能.样品的余辉激发谱测试结果显示,ZnGa_2O_4:Cr^(3+)长余辉材料的余辉主要源自O^(2-)-Ga^(3+)之间的电荷迁移跃迁激发,而非Cr^(3+)离子的本征跃迁激发.光激励发光性能的研究表明,ZnGa_2O_4:Cr^(3+)在紫外光激发的余辉完全衰减后可以被近红外光再次激发出明亮的余辉,这说明ZnGa_2O_4:Cr^(3+)在紫外光信息写入后可以用红外光进行信息读出.根据实验测试结果采用导带电子复合发光模型对样品的发光机理进行了详细的阐述.

溶胶-凝胶法合成ZnGa2O4∶Eu及其光学性能

以柠檬酸为络合剂,通过溶胶-凝胶法合成了铕为激活剂的ZnGa2O4∶Eu荧光粉。讨论了煅烧温度、保温时间和激活剂的浓度对该荧光粉发光性能的影响。利用X-射线衍射、荧光分光光度计等手段对ZnGa2O4∶Eu荧光粉的相组成和发光性能进行了检测。实验结果表明,以Zn(CH3COO)2.2H2O和Ga2O3为原料,通过溶胶-凝胶法,在950～1000℃煅烧4h可合成出ZnGa2O4荧光体。当n(Zn)∶n(Ga)为1∶4时,所得成品的最强发射峰位于613nm处,为Eu3+特征5D0→7F2跃迁,其对应于红色光谱。Eu3+离子在ZnGa2O4晶体中占据的位置为非反演对称中心。

微波溶剂热法制备ZnGa_2O_4及其在光催化氧化除As(Ⅲ)中的应用

通过微波溶剂热法合成宽禁带ZnGa_2O_4纳米光催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、氮气吸脱附仪、紫外-可见漫反射仪(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振谱仪(ESR)等技术系统表征了不同制备条件对样品物相和微观形貌、比表面积和孔结构、光吸收性能和光催化活性物种等结构和性质的影响。同时,比较了TiO_2和ZnGa_2O_4纳米颗粒在光催化氧化As(Ⅲ)中的性能差异。结果表明,在紫外光照射下,微波溶剂热法制备的ZnGa_2O_4纳米颗粒具有良好的As(Ⅲ)的光催化氧化能力(40 min可达99.1%),相比于TiO_2光催化剂(84.5%)有很大提高。此外,通过对ZnGa_2O_4纳米光催化剂氧化去除As(Ⅲ)光催化机理的初步探索发现,超氧自由基(O2·-)和空穴(h+vb)是此过程中起主要作用的中间反应活性物种。

纳米ZnGa2O4的研究进展

ZnGa2O4,属于三元尖晶石材料的一种。由于其优异的热稳定性、化学稳定性以及宽带隙(4.4~4.7 eV)等优点受到了研究者广泛的关注。本文主要对ZnGa2O4的纳米结构和制备方法之间的关系进行了总结,并对其目前的应用研究进行了具体分析和展望。

Improvement of the Sensitivity of ZnGa_2O_4 Gas Sensors by Electron Beam Irradiation

In the present paper,the electron beam irradiation was used to improve gas sensing properties of ZnGa_2O_4 gas sensors.The effects of electron beam irradiation on the performance of ZnGa_2O_4 gas sensors were reported.Results show that the sensitivity of ZnGa_2O_4 gas sensors to various gases increased after electron beam irradiation,and the optimal working temperature decreased.The effect of irradiation dose and the reaction mechanism were discussed.

在蓝宝石衬底上外延生长ZnGa2O4纳米线及其表征

使用一种简单的化学气相沉积法成功地在c面蓝宝石衬底上外延生长了整齐排列的ZnGa2O4单晶纳米线。研究了在不同生长温度和生长压力下外延生长ZnGa2O4纳米线,并使用XRD,SEM和TEM对产物进行了表征。结果表明,在生长条件为980℃和100Torr时,可以外延生长出整齐排列的ZnGa2O4纳米线。所制备的ZnGa2O4纳米线直径为60~150nm,并遵循Au催化的VLS生长机制沿其四个结晶学方向在蓝宝石上外延生长。分析了纳米线沿四个方向生长的原因,并对纳米线的光致发光性能进行了探讨。