铕及其配合物类水滑石的合成、表征和结构分析

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将阳光中的紫外光和绿光转换成蓝光和红光是提高植物光合作用的一种途径。添加光致发光材料的农用塑料薄膜称之为转光膜。转光膜具有光转换功能,并能够有效地促进植物的生长。水滑石因其特殊的层状结构和化学组成而具有选择性红外吸收功能。所以,它已经被当作一种新型的塑料助剂,用于农膜增加保温效果。普通水滑石不具有发光性能,若在水滑石的层板或层间引入发光离子或基团,则有望成为一种同时具有选择性红外吸收和发光性质的双功能农膜添加助剂。稀土元素由于其独特的4f层电子结构,具有良好的光电磁性质,近年来逐渐成为光电磁等新型功能材料的重要掺杂元素。因此,我们立意在水滑石中引入稀土离子或稀土配合物,研究具有选择性红外吸收性能和转光性能的有机—无机杂化材料。本学位论文设计了两条合成路线:(1)利用水滑石层板阳离子的同晶取代性将稀土Eu3+掺入水滑石层板,然后再利用水滑石层间阴离子的可交换性将有机配体插层进入水滑石层间,敏化稀土离子的发光,得到无机-有机杂化的层状材料。(2)先合成可插层组装的稀土有机配合物,以MgAl-NO3 LDHs为前体采用离子交换法将稀土配合物插层组装进入水滑石层间,得到另一种无机-有机杂化的层状材料。主要内容如下:1.层板掺铕镁铝类水滑石的制备和性质采用共沉淀法水热合成了稀土铕掺杂的镁铝类水滑石层状化合物(MgAlEuCO3-LDHs)。探讨了溶液pH值、组分配比和陈化时间、温度对水滑石晶体结构的影响。控制体系的合成条件可得到结晶好、纯度高的镁铝铕类水滑石;MgAlEuCO3-LDHs保持了水滑石的层状结构,在600~1350 cm-1有红外吸收;荧光光谱测试发现掺杂稀土Eu3+离子的MgAlEuCO3-LDHs具有Eu3+5D07FJ特征光谱。Eu3+成功地插层组装进入LDHs层板,MgAlEuCO3-LDHs化合物是一种具有选择性红外吸收和红色发光性质的双功能材料。2.有机配体阴离子插层镁铝铕类水滑石的制备和发光性质通过离子交换法,以硝酸根型的镁铝铕类水滑石为前体,制备了结晶度高的苯甲酸、对苯二甲酸、水杨酸和吡啶-2,6-二羧酸插层柱撑的镁铝铕类水滑石。稀土铕离子和有机配体阴离子分别进入水滑石层板和层间,保持了良好的水滑石层状结构,增加了水滑石在中红外区域的吸收;有机配体阴离子的插入,增加了材料的发光效率,获得了典型的稀土铕离子的红色发光,尤以吡啶-2,6-二羧酸插层水滑石发光效果最好。通过XRD和FT-IR的表征结果,结合理论计算有机配体阴离子的电荷布居,建立了有机阴离子插层柱撑镁铝铕类水滑石的超分子结构模型,并初步探讨了材料的发光机理。3.铕配合物插层柱撑镁铝类水滑石的合成与性质我们通过离子交换法在水热条件下成功的制备了铕配合物插层镁铝类水滑石(MgAl-Eu(DPA)3LDHs)。稀土铕配合物作为整体插层进入水滑石层间,保持良好的层状结构,分析表明Eu(DPA)33-采取C3轴垂直于层板方式定向在层间。由于在层间引入了有机配体,所以插层后的水滑石也增加了在1100~1600 cm-1的红外吸收,MgAl-Eu(DPA)3LDHs保持了高效Eu3+的特征红色发光,与纯稀土铕配合物相比,其荧光强度增强。
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