一种钐掺杂氯氧铋橙红色荧光粉及其制备方法与流程

本发明涉及荧光粉及其制备方法，具体涉及一种钐掺杂氯氧铋橙红色荧光粉及其制备方法。

背景技术：

以荧光材料为代表的稀土离子掺杂发光材料在发光领域中受到了广泛的关注，其吸收能力强，转化效率高，并且稀土配合离子的窄带发射有利于全色显示，化学和物理性质稳定，在现代社会中如安全通道指示标志，生物监测，医疗检测等方面受到了极大的应用。而现代大多数市售的基于LED白光光源都是依靠荧光粉(YAG∶Ce³⁺)转换发射法以及用紫外LED照射RGB三色荧光粉得到，但是厄待解决的就是由于缺少高效的红光成分而引起的色温高，显色指数低等问题，所以研究开发高效的红色和橙色荧光粉成为现在研究学者的主要任务。

卤氧化物具有低的声子能量，优良的化学稳定性和机械性能，并且兼具了卤化物和氧化物的特点，是一种具有很好发展应用前景的发光基质材料。而BiOCl是卤氧化物的一种，同时也是一种新型的宽带隙半导体材料。它具有独特的电子结构与晶体结构，能够在紫外光和模拟太阳光下有效地降解有机污染物，还有良好的催化性能、光学性能以及稳定的物化性质等，已被广泛的应用在铁电材料、颜料和催化剂等领域。

BiOCl晶体结构属于PbFCl型四方晶系结构，其空间群为P4/nmm(No.129)，对称性为D_4h。[Cl-Bi-O-Bi-Cl]原子层通过非健力结合，结合力较小，结构疏松，致使这种层状结构很容易沿[001]方向解离。所以这些[Cl-Bi-O-Bi-Cl]层倾向形成层状结构。由于其独特的二维片层结构，在晶体内部会形成强极化作用电场。Sm³⁺离子是白光LED发光材料研究中重要激活离子，由于电子在⁴G_5/2→⁶H_7/2上的跃迁使得Sm³⁺在600nm处具有极强的发射峰，且能级结构简单、发光性能好、量子效率高。因此当稀土离子取代Bi³⁺占据其在晶格中的格点时，其周围环境具有低对称性和强极化性。这种独特的晶体场能影响稀土离子跃迁选择定则，并可能增强稀土离子的发光。故BiOCl：Sm³⁺是一种适用于白光LED的优良的橙红色荧光粉。

传统的BiOCl：Sm³⁺橙红色荧光粉的制备是使用固相法，该方法简单但是制备周期长且能耗大，不符合现在社会提倡的可持续经济发展。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种钐掺杂氯氧铋橙红色荧光粉及其制备方法，采用水解法制备BiOCl：Sm³⁺橙红色荧光粉，方法简单易行、条件温和、经济环保，适用于大规模生产，并且制备出的荧光粉粒度均匀、粒径尺寸小、形貌规整，并且获得的荧光粉发光性能优良。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种钐掺杂氯氧铋橙红色荧光粉的制备方法，包括以下步骤：

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.010～0.030；

2)将称量好的原料放入烧杯中，逐滴缓慢滴入浓盐酸，滴加过程中进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

3)在溶液A中缓慢滴加氨水溶液，调节pH值为9～10，用磁力搅拌器继续搅拌直至产生白色沉淀物；

4)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

5)将步骤4)处理之后的沉淀物烘干。

步骤2)中浓盐酸溶液的质量浓度为37％。

步骤2)中采用磁力搅拌器进行。

步骤3)中的氨水溶液质量浓度为25％，滴加方式为逐滴添加。

步骤5)中烘干为在烘箱中于60℃～80℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细。

一种钐掺杂氯氧铋橙红色荧光粉，其化学式为BiOCl：xSm³⁺，其中x＝0.010～0.030。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1)本发明采用水解法制备BiOCl：xSm³⁺(x＝0.010～0.030)橙红色荧光粉，方法简单易行、条件温和、经济环保，适用于大规模生产，相较于传统的高温固相法的制备来说，缩短了其制备的周期，减少了能耗，符合现代社会要求的可持续经济发展，顺应时代的潮流。

2)本发明制备出的BiOCl：xSm³⁺(x＝0.010～0.030)橙红色荧光粉经过一系列的XRD、SEM及荧光分光光度计测试与分析可知，样品粉末粒度分布均匀，基本处于3～5μm，粒径尺寸小、形貌规整，在594nm处展示了极强的橙红色光，为开发高效的WLED提供了重要的成分。

附图说明

图1是本发明实施例2制得的BiOCl：0.01Sm³⁺荧光粉的XRD图；

图2是本发明实施例2制得的BiOCl：0.01Sm³⁺荧光粉的SEM图；

图3是本发明实施例3制得的BiOCl：0.03Sm³⁺荧光粉的发射光谱图；

图4是本发明实施例3制得的BiOCl：0.03Sm³⁺荧光粉的激发光谱图；

具体实施方式

以下，我们结合具体的实施例进一步对本发明做一个的详细说明。

实施例1

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.01；将原料放入烧杯中，将质量浓度为37％的浓盐酸逐滴加入烧杯中，滴加过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

2)在溶液A中逐滴缓慢滴加质量浓度为25％的氨水溶液调节pH值至9～10，并用磁力搅拌器继续搅拌直至溶液中产生白色沉淀物；

3)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

4)将步骤3)所得沉淀置于烘箱中于60℃～80℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细，即可得到BiOCl：0.01Sm³⁺橙红色荧光粉。

实施例2

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.01；将原料放入烧杯中，将质量浓度为37％的浓盐酸逐滴加入烧杯中，滴加过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

2)在溶液A中逐滴缓慢滴加质量浓度为25％的氨水溶液调节pH值至10，并用磁力搅拌器继续搅拌直至溶液中产生白色沉淀物；

3)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

4)将步骤3)所得沉淀置于烘箱中于70℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细，即可得到BiOCl：0.01Sm³⁺橙红色荧光粉。

图1是本实施例制得的BiOCl：0.01Sm³⁺荧光粉的XRD图。从图中可以看出，该方法下制得的样品的衍射峰的位置与相对强度与四方相BiOCl标准卡片(JCPDS NO.06-0249)基本一样，说明Sm³⁺掺杂并未改变BiOCl的结构，且没有杂相产生，纯度高达100％。

图2是本实施例制得的BiOCl：xSm³⁺荧光粉的SEM图。从图中可以看出样品粉末粒度分布均匀，尺寸为3～5μm，粒径尺寸小、形貌规整，是标准的立方块结构。

实施例3

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.03；将原料放入烧杯中，将质量浓度为37％的浓盐酸逐滴加入烧杯中，滴加过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

2)在溶液A中逐滴缓慢滴加质量浓度为25％的氨水溶液调节pH值至10，并用磁力搅拌器继续搅拌直至溶液中产生白色沉淀物；

3)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

4)将步骤3)所得沉淀置于烘箱中于60℃℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细，即可得到BiOCl：0.03Sm³⁺橙红色荧光粉。

图3是本实施例制得的BiOCl：0.03Sm³⁺荧光粉的发射光谱图。从图中可以看出共有三个特征峰，分别对应561nm(⁴G_5/2→⁶H_5/2)，594nm(⁴G_5/2→⁶H_7/2)和648nm(⁴G_5/2→⁶H_9/2)。在405nm监测波长的激发下，样品显示出强烈的红橙光。

图4是本实施例制得的BiOCl：0.03Sm³⁺荧光粉的激发光谱图。从图中可以看出紫外激发光谱的主要特征峰聚集在350-480nm区域内，主要是由于Sm³⁺从较低能级⁶H_5/2激发到更高能级上，且在594nm波长的监测下Sm³⁺离子在短波紫外光激发下可产生很强的荧光发射。

实施例4

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.02；将原料放入烧杯中，将质量浓度为37％的浓盐酸逐滴加入烧杯中，滴加过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

2)在溶液A中逐滴缓慢滴加质量浓度为25％的氨水溶液调节pH值至9，并用磁力搅拌器继续搅拌直至溶液中产生白色沉淀物；

3)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

4)将步骤3)所得沉淀置于烘箱中于70℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细，即可得到BiOCl：0.02Sm³⁺橙红色荧光粉。

实施例5

1)以Sm₂O₃和Bi₂O₃作为原料，按照化学式BiOCl：xSm³⁺的化学计量比进行原料称取，其中x＝0.03；将原料放入烧杯中，将质量浓度为37％的浓盐酸逐滴加入烧杯中，滴加过程中使用磁力搅拌器进行搅拌，直至原料完全溶解形成溶液A；

2)在溶液A中逐滴缓慢滴加质量浓度为25％的氨水溶液调节pH值至9，并用磁力搅拌器继续搅拌直至溶液中产生白色沉淀物；

3)将白色沉淀物离心分离，用去离子水多次洗涤去除白色沉淀物残留溶液中的Cl^—，并用AgNO₃溶液对洗涤液进行检验判断，以确保Cl^—完全去除；

4)将步骤3)所得沉淀置于烘箱中于80℃空气气氛下烘干，烘干后用研钵研细，即可得到BiOCl：0.03Sm³⁺橙红色荧光粉。