[发明专利]采用自牺牲模板法制备纳米级稀土磷酸盐荧光粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别涉及一种采用自牺牲模板法制备纳米级稀土磷酸盐荧光粉的方法。

背景技术

稀土正磷酸盐拥有诸多优良性能，包括极小的水溶解度、优越的热稳定性以及高的折光指数等。此外，磷酸根的四面体结构对电荷稳定是一种良好的载体。这些性能使得稀土正磷酸盐荧光粉在光学材料、激光材料、磁光材料、磁阻材料、介电材料、吸附材料、催化剂以及化学传感等方面有着广泛的应用。

在稀土正磷酸盐材料中，磷酸钇对客体阳离子具有很好的晶格相容性，而磷酸钆作为基体对客体阳离子具有良好的能量传递作用。因此，稀土离子掺杂的磷酸钇与磷酸钆纳米荧光粉被广泛应用于制备PDP的荧光材料，等离子平板显示器、LED灯，高压汞灯等。近年来，由于其在工程上的重要性，越来越多的合成技术用于制备以这两种磷酸盐作为基质，掺杂不同稀土离子的荧光粉。这些合成技术包括：水热/溶剂热法、固相反应法和燃烧法等。其中，水热/溶剂热法往往需要一定的有机或无机添加剂，以制备纳米级的荧光粉，且需要后续的煅烧处理来除去诸如羟基、羧基和结晶水等对荧光不利的因素；而固相反应法通常需要冗长的过程，原料混合均匀程度往往不佳，得到的颗粒尺寸较大且不均匀；燃烧法虽然反应迅速，但反应过程中会释放出大量诸如NO₂、SO₂、P₂O₅等对环境、人体有害的物质，且难以得到纳米级的颗粒。这些因素给制备纳米级的稀土磷酸盐荧光粉带来了诸多困难。

稀土层状氢氧化物(简称LRH)兼备了无机层状化合物的独特层状结构和稀土元素特有的光、电、磁等特性，可望在催化、发光和光电元器件等领域获得重要应用。该类LRH自2006年被报道以来已在合成、晶体结构解析和作为发光材料的应用等诸多方面获得了系统深入研究。以“低温一步沉淀”技术获得的LRH具有超薄的纳米层状结构(厚度约为2～5nm)。目前，对于LRH的研究主要有以下几个方面：(1)在不破坏主层板的前提下，将LRH层间阴离子与多种无机或有机阴离子进行交换，以获得新型复合结构与更优异的荧光性能；(2)将LRH剥离成为超薄纳米片以构筑LRH与氧化物取向膜，从而获得倍增的荧光强度；(3)对LRH进行煅烧处理，得到相应的稀土氧化物荧光粉。然而，以LRH为牺牲模板制备稀土磷酸盐荧光粉这一手段在国内外均未有报导。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种制备稀土磷酸盐纳米荧光粉的自牺牲模板法，目的是在于通过“低温一步沉淀”技术制备的LRH(化学式为Ln₂(OH)₅NO₃·nH₂O)模板的纳米片层结构，有效控制颗粒的尺寸及均匀性，从而得到纳米级别的稀土磷酸盐荧光粉。

本发明技术方案：由“低温一步沉淀”技术获得的稀土层状氢氧化物(LRH)具有超薄的纳米层状结构(厚度约为2～5nm)，其显著暴露的层板为离子交换提供了反应动力学基础，因此，将其作为牺牲模板，以制备纳米级且颗粒均匀的稀土磷酸盐荧光粉。

采用自牺牲模板法制备纳米级稀土磷酸盐荧光粉的方法，包括以下步骤：

步骤1，低温合成LRH纳米片模板：

(1)将A和B混合，配制成稀土离子浓度为0.05～0.3mol/L混合水溶液；其中，B中的稀土离子的摩尔数之和：A和B中稀土离子的摩尔数之和＝0.001～0.15，A为Y(NO₃)₃·6H₂O或Gd(NO₃)₃·6H₂O，B为Eu(NO₃)₃·6H₂O和/或Tb(NO₃)₃·6H₂O；

(2)将混合水溶液，置于冰水浴中，边搅拌边将其温度降低至2～5℃；

(3)向混合水溶液中，缓慢滴加氢氧化铵溶液，得到pH为6.5～9的悬浊液，其中，氢氧化铵的浓度为0.1～2mol/L；

(4)将悬浊液，陈化0.5～5h；

(5)离心分离，清洗和烘干，得到粉末状LRH；

步骤2，LRH自牺牲模板：

(1)将LRH与磷酸盐分散在去离子水中，室温搅拌0.5～72h；其中，按摩尔比，磷酸根∶LRH中的稀土元素离子＝(1～10)∶1；

(2)离心分离，清洗和烘干，得到粉末状磷酸盐离子交换产物；