научная статья по теме ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ LN-ZR-СОДЕРЖАЩИХ МОЛИБДАТОВ Физика

Текст научной статьи на тему «ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ LN-ZR-СОДЕРЖАЩИХ МОЛИБДАТОВ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 2, с. 300-303

УДК 535.372.2:546.77

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Ln-Zr-СОДЕРЖАЩИХ МОЛИБДАТОВ

© 2015 г. C. Г. Доржиева1, Ю. Л. Тушинова1, Б. Г. Базаров1, А. И. Непомнящих2,

Р. Ю. Шендрик2, Ж. Г. Базарова1

E-mail: sdorzh@binm.bscnet.ru

Уточнены кристаллографические характеристики, исследованы оптические и термические свойства, синтезированных по керамической технологии Ln-Zr-содержащих молибдатов.

DOI: 10.7868/S0367676515020076

ВВЕДЕНИЕ

Двойные молибдаты, содержащие редкоземельные элементы (РЗЭ), — это перспективные объекты для применения в лазерной физике и радиотехнике. Большая часть исследований направлена на изучение оптических свойств двойных молибдатов щелочных элементов с РЗЭ или активированных РЗЭ [1—6]. Исследования оптико-люминесцентных свойств позволяют расширить круг перспективных для оптического назначения соединений.

Ранее нами впервые был получен обширный круг Ln-Zr-содержащих молибдатов (Ln = La—Tb) [7]. В настоящей работе представлены результаты исследования структурных, люминесцентных диэлектрических и термических характеристик Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln = Ce, Pr, Eu).

РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ И УТОЧНЕНИЕ СТРУКТУРЫ

В качестве исходных реактивов для синтеза двойных молибдатов использовали Eu2O3, Pr6O11, MoO3 квалификации "х.ч.", Ce(NO3)3 • 6H2O "ч.д.а." и ZrO2, полученный прокаливанием ZrOCl2 • 8H2O "ч.". Ступенчатый отжиг стехиометрических количеств соответствующих реагентов с гомогенизацией смеси через каждые 50°С проводили в течение 150 ч. Во избежание потерь MoO3 за счет возгонки прокаливание начинали с 400°С. Конечная температура синтеза молибдатов состава Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln = Ce, Pr, Eu) составила 700°С.

Фазовый состав и полноту синтеза проверяли при помощи рентгенофазового анализа на ди-фрактометре Advance D8 фирмы Bruker с использованием CuK^-излучения в геометрии Брэгга—

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, Улан-Удэ.

2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии имени А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук, Иркутск.

Брентано с линейным детектором \Vantec. Для уточнения структуры использовали массивы экспериментальных данных, полученных в интервале углов 29: 8°—100° при температуре 300 К. Пиковые положения были определены программой ЕУА, доступной в пакете программ ПК, DIFFRAC-РЬ^, снабженном от Вгакег.

Методом Ритвельда с помощью программы FullProff с пакетом программ ШпРЬОТЯ [8] по монокристальным данным изоструктурного соединения Мё^г3(МоО4)9 [9] были уточнены кристаллографические характеристики синтезированных соединений. Анализировалось соответствие между измеренной и вычисленной рентгенограммами. Для оценки качества проведенного уточнения и правильности выбранной модели использовали числовые значения Я-факторов.

Рентгенофазовый анализ двойных молибдатов Ьп^г3(МоО4)9 (Ьп = Се, Рг, Ей) показал, что получены однофазные керамические образцы, образующие изоструктурный ряд соединений. Уточнено строение двойных молибдатов, принадлежащих к тригональной сингонии (прототип

Ш^г3(МоО4)9, пр. гр. Я 3 с, Z = 6, а = 9.804(1) А, с = 58.467(12) А) (таблица). Измеренная и вычисленная рентгенограммы представлены на рис. 1. Кристаллическая структура представляет собой трехмерный каркас, в котором расположены в ромбоэдрическом порядке ЬпО9-полиэдры и ZrO6-октаэдры, соединенные между собой через общие кислородные вершины мостиковых Мо-тетраэдров двух сортов (рис. 2).

ТЕРМИЧЕСКИИ АНАЛИЗ

Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) проведена на термоанализаторе NETZSCH STA 449 C (Jupiter). Величина навески составляла 15—20 мг, скорость подъема температуры 10 К/мин. Образцом сравнения служил прокаленный Al2O3.

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Ьп-7г-СОДЕРЖАЩИХ МОЛИБДАТОВ

301

4700 4100 3500 2900 2300 1700 1100 500 -100 -700 -1300

1

11

А.^. II а.Ь.

1 . III ПИШИ II 111« 1Ш11111ШШННВ1М11М1111111 II

-1-М-й---

I I I I I II I I I I I I I I

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

10 18 26 34 42 50 58 66 74 82 90

7100

е 6200

т 5300

т о 4400

А 3500

с о 2600

н в 1700

и с 800

н те -100

н -1000

И -1900 1

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

-2000

-4000

Л Цлк Ьа

I I кик М | шит > и щ: I и I чип ги мни шпннж п м I I Н Г |И| I ГI I I I I I I Ц| I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

10 17 24 31 38 45 52 59 66 73 80

1

: II И 111П1 I 11111111И111111 Н'шик:

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

10 18 26 34 42 50 58 66 74 82 90 29, град

Рис. 1. Измеренная и вычисленная рентгенограммы: а - Се22г3(Мо04)9, б - Рг22г3(Мо04)9, в -Би22г3(Мо04)9.

Рис. 2. Проекция кристаллической структуры Ьп22г3(Мо04)9 на плоскость 111.

Образцы нагрели до температуры 1050°С, при этом наблюдалась большая потеря массы и выделение теплоты. ДСК-кривые синтезированных соединений характеризуются наличием одного эндотермического эффекта (рис. 3). Температуры плавления Ьп^г3(Мо04)9, где Ьп = Се, Рг и Би, равные 996.5°С, 989.0 и 964.6°С соответственно, так же как и объем элементарной ячейки увеличиваются с возрастанием ионного радиуса ланта-нида по Шеннону [10]. Энтальпия плавления составляет для Се^г3(Мо04)9 -222.6 кДж/моль, Рг22г3(Мо04)9 -194.7 кДж/моль и Би22г3(Мо04)9 -183.2 кДж/моль.

ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

Спектры свечения, возбуждения и поглощения поликристаллических образцов двойных мо-либдатов измерены на оптических спектрометрах LS55 и ЬатЪёа950 фирмы Регкт-Б1тег соответственно. Во время съемки спектров свечения и возбуждения порошок находился в кварцевой колбе, которая была помещена в заливной кварцевый криостат. При измерении спектров поглощения образцы в кварцевой ампуле помещали в центр интегрирующей сферы-приставки для спектрофотометра Регкт-Б1тег ЬатЪёа-950 диаметром 50 мм.

Установлено, что из изученных соединений наибольший интерес представляет Би^г3(Мо04)9, для которого наблюдается интенсивная фотолюминес-

а

Ь

в

Кристаллографические характеристики двойных молибдатов Ьп2/г3(Мо04)9 (Ьп = Се, Рг, Би)

Соединение Параметры элементарной ячейки V, А3 К

а, А с, А

Се27г3(Мо04)9 9.8453(1) 58.8887(7) 4943.3(1) Кр -0.088 КБгад! - °.°58 Кг - 0.045

Рг27г3(Мо04)9 9.8342(1) 58.7671(3) 4922.0(1) Кр - 0.081 КВга££ - 0.037 К - 0.037

Би27г3(Мо04)9 9.7867(1) 58.0907(1) 4818.5(1) Кр - 0.045 Квга^ - 0.066 Яг - 0.046

302

ДОРЖИЕВА и др.

ДСК, мВт/мг

0

-0.5

1.0

1.5

2.0

Ей"

Рг

Се

_|_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I

400

600

800

1000 Т, °С

Интенсивность, отн. ед. 400 -

*

-Се^г3(МоМ4)9

---Рг^г3(МоМ4)9

- ■ Еиг^г3(МоМ4)9

200 -

Рис. 3. ДСК-кривые Ьп^г3(МоО4)9 (Ьп = Се, Рг, Еи).

ценция в "красной" области спектра при возбуждении ^возб = 280 нм. Ионы Еи3+ характеризуются /-/-переходами с максимальной полосой при 616-617 нм, соответствующей электронному переходу 5Д0—7¥2 (рис. 4а). Сравнение спектров люминесценции Ьп^г3(МоО4)9 (Ьп = Се, Рг, Еи) при ^возб. = 200 нм показывает, что в диапазоне длин волн 300—550 нм наблюдается свечение основной матрицы молибдатов (рис. 4б).

При энергиях возбуждения в области 2.2—3.5 эВ спектры возбуждения исследованных образцов похожи и типичны для /-/-переходов в ионе Еи3+; определена их природа для двух интенсивных полос (рис. 4в). Положение этих полос в спектре возбуждения при 395 и 465 нм соответствует длинам волн, обычно используемым для возбуждения люминофоров в светодиодах. Сравнение спектров поглощения и возбуждения для Еи^г3(МоО4)9 показало корреляцию между основными пиками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в работе уточнено строение полученных при 700° С двойных молибдатов Ьп^г3(МоО4)9 (Ьп = Се, Рг и Еи), принадлежащих

к тригональной сингонии (пр. гр. Я 3 с, ^ = 6). Структура состоит из (Ьп, Zr)-стержней, смещенных относительно друг друга в ромбоэдрическом порядке и соединенных между собой через общие кислородные вершины мостиковых МоО4-тетра-эдров.

Температуры плавления Ьп^г3(МоО4)9 — 964.6°С (Еи), 989.0 (Рг) и 996.5 (Се) - и объем эле-

Л)*. • • . •

Д0-7#.

_|_I_I ■ Л- л

* «

■ * I'_I_I

300

400

500

600 700 Длина волны, нм

Интенсивность, отн. ед. 80

60

40

20

- -Се^г3(МоМ4)9

■ Рг^г3(МоМ4)9

- Еи^г3(МоМ4)9

- I ■"' ••71 ■ ч ' " 4 ** V > *

_-*'•' ■ , 1 , 1 Г , 1

300

400

500 600 700

Длина волны, нм

Интенсивность, отн. ед.

600 -

400 -

200

400

500 600

Длина волны, нм

Рис. 4. Спектры люминесценции Ln2Zrз(MoO4)9 (Ьп = Се, Рг, Еи): а — Хвозб = 280 нм, б — Хвозб = 200 нм; в — возбуждения Eu2Zrз(MoO4)9 (Хсв = 616 нм).

а

0

0

в

0

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Ln-Zr-СОДЕРЖАЩИХ МОЛИБДАТОВ

ментарной ячейки увеличиваются с возрастанием ионного радиуса лантанида.

Установлено, что при возбуждении ^возб = 280 нм наблюдается интенсивная фотолюминесценция в "красной" области спектра Еи^г3(МоО4)9, характеризующееся /—/-переходами. Свечение основной матрицы молибдатов наблюдается в диапазоне длин волн 300—550 нм. Положение полос при 395 и 465 нм в спектре возбуждения соответствует длинам волн, обычно используемым для возбуждения люминофоров в светодиодах. Показано соответствие полос в спектрах поглощения и возбуждения Еи^г3(МоО4)9.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-6247.2013.2, Президиума РАН (Программа № 8) и Междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 28.

303

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Antic-Fidancev E., Cascales C., Lema~tre-Blaise M. et al. // J. Alloys Compd. 1994. V. 207/208. Р. 178.

2. Benoit G., Veronique J., Arnaud A. et al. // Solid State Sci. 2011. V. 13. Р. 460.

3. Wang Z., Liang H., Gong M., Q. Su // J. Alloys Compd. 2007. V 432. Р. 308.

4. Zhang Ya., Xiong L., Li X., Guo Ju. et al. // Mater. Sci. Eng. B. 2012. V 177. Р. 341.

5. Lu Z, Wanjun V. // Ceram. Int. 2012. V. 38. Р. 837.

6. Воронько Ю.К., Жариков Е.В., Лис Д.А. и др. // Физика тв. тела. 2008. Т. 50. Вып. 9. С. 1547.

7. Базарова Ж.Г., Тушинова Ю.Л., Базаров Б.Г. и др. // Журн. неорган. химии. 2001. Т. 46. № 1. С. 146.

8. Roisnel T., Rodrigu

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком