目前稀土掺杂核壳材料的制备技术已有一定基础,且原料成本低廉,稳定性高等一系列优点,故而被广泛应用于荧光、医学、吸附、催化等方面,在材料领域得到了广大科研工作者的关注。 然而在该类材料中存在一些合成制备和应用方面的问题不足:CaCO3@SiO2材料作为原料简单,稳定性优良,其制备过程不够完善,合成方法较为繁琐;材料在可控荧光调控,吸附等方面并未有很多报道。 为解决以上问题,通过此分析CaCO3@SiO2材料的合成和性能相关因素(如CaCO3@SiO2材料的制备路线及优化、CaCO3@SiO2材料掺杂稀土离子并在此基础上进行吸附、CaCO3@SiO2材料掺杂稀土离子发光分析),选择适合的制备原料、制备路线,从而合成形貌规整、整体稳定的核壳结构,并通过探究材料的吸附性能、荧光可调性等进行优化,对于提高CaCO3@SiO2作为核壳材料在功能性方面的研究具有重要的意义和价值。 CaCO3@SiO2核壳结构兼备外壳和内核的优良性能,可以通过简单地改变组成和核壳形态等对其自身性能进行优化,也可以表面改性进行功能化,是材料领域的研究重点。 基于其表面改性、功能性、稳定性、成本性等方面的优势,使得核壳材料具备良好的竞争力。稀土元素由于具独特且优异的物理化学性能,在荧光、电子、磁学、催化等领域有着广泛应用。 基于稀土掺杂在核壳材料中广泛应用和卓越的效果,以及CaCO3@SiO2的功能性,在本论文中,首次将稀土元素与CaCO3@SiO2核壳进行掺杂改性,制备了两种稀土掺杂的CaCO3@SiO2核壳复合材料,并对其应用进行了探索,具体内容包括: 1.通过将Eu3+掺杂于CaCO3并经SiO2包覆,首次合成了单掺杂Eu3+的核壳型复合材料CaCO3:Eu3+@SiO2。 利用XRD、FTIR、SEM、TEM和Zeta电位等表征手段,对该复合材料的性能进行了表征。所得的材料具备CaCO3、SiO2的特征峰,保留了其原本的特性,且具备介孔结构。 该复合材料表面SiO2的羟基为其发挥吸附作用创造了条件,且由于Eu3+掺杂过程中的占位作用,造成部分空位,使得该材料成为潜在吸附剂。通过将该材料应用于对稀土离子Tb3+的吸附,并利用多种吸附模型对其吸附过程进行研究。 其中,伪二阶模型呈现更好的拟合效果,而Weber-Morris模型则诠释了吸附过程的速率控制骤,表明该复合材料对Tb3+的吸附为单层的化学吸附过程。与多种动力学模型的拟合效果证明了CaCO3:Eu3+@SiO2对Tb3+的吸附是单分子层、有利的化学吸附过程。在323K、pH为5.83条件下,该复合材料可实现对Tb3+的最大吸附容量188.26mg·g-1。 2.核壳结构的界面能量传递在材料发光中起着重要作用。在稀土元素的发光特性基础上,设计合成了一系列掺杂Eu3+和Tb3+的核壳材料CaCO3:x%Eu3+@SiO2:y%Tb3+,所制备的核壳材料具有稳定的结构和优良的分散度。 为了研究材料的发光性能和能量传递过程,对材料进行了单掺杂Eu3+,单掺杂Tb3+和双掺杂Eu3+,Tb3+,在掺杂浓度的改变下,通过激发光谱的对比分析、发射光谱强度的变化和荧光寿命的增减,找出了材料的最佳双掺杂浓度。 由CIE色度图观察到,随着掺杂浓度的不断变化,所制备材料的发光颜色由绿色变为黄色,黄色变为橙色,橙色最终变为红色。最后优化了合成的荧光粉的发光增强性能,证明Eu3+和Tb3+之间存在界面能量传递。 1.通过不同硅源(正硅酸乙酯和硅酸钠),合成了CaCO3@SiO2核壳材料,优化制备流程和反应条件,所制备得到的CaCO3@SiO2核壳材料具有优秀的稳定性和良好的分散度。在合成@SiO2核壳材料方面提供了重要的参考依据。 2.在合成CaCO3@SiO2核壳材料过程中掺入Eu3+,制备了CaCO3:Eu3+@SiO2材料,首次 将该材料用于对稀土离子的吸附实验中,通过动力学、热力学模型拟合对其吸附行为进行分析,优化最佳吸附条件,为稀土掺杂型核壳材料在吸附领域的应用提供了参考。 3.设计合成了双掺杂的CaCO3:Eu3+@SiO2:Tb3+核壳材料,研究了Eu3+和Tb3+之间的能量传递,并探讨其传递机理,证明了两种稀土离子在核壳材料中存在界面能量传递。 通过调整Eu3+和Tb3+的掺杂浓度,优化掺杂比例和激发波长,实现了的CaCO3:Eu3+@SiO2:Tb3+的多色发光,为核壳材料在多色发光领域的应用扩展了思路。