含三價釤離子配位聚合物內淬熄效應之研究

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含三價釤離子配位聚合物內淬熄效應之研究

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摘要(中)

本論文以中溫水熱法合成以1,4-cyclohexanedicarboxylate (C8H10O4, 簡稱CHDC)作為配位基含有不同莫耳比例稀土元素之R2(CHDC)3 (R= Y, Tb, Sm) 配位聚合物。這些聚合物皆以單晶及粉末X光繞射實驗去鑑定晶體的結構與純度，並以感應耦合電漿原子發射光譜分析儀(ICP-AES)鑑定配位中心之元素比例。在含三價釤離子(trivalent samarium)的配位聚合物光譜中，我們觀測到複雜的淬熄現象(quenching phenomena)。針對這些不同稀土元素比例之配位聚合物，我們取得完整之光致放光光譜(photoluminescence spectra)、激發光譜(excitation spectra)及時間解析光譜(time-resolved spectra)，並藉由分析這些光譜資料，我們成功地以動力學模型去解釋在這些配位聚合物中的淬熄現象，並取得完整的相關速率常數。由分析結果得知其中存在兩種淬熄機制，第一種是在YxSmyTb2-x-y(CHDC)3化合物中，淬熄是與Sm3+與Tb3+的濃度無關；另一種則是在SmxTb2-x(CHDC)3化合物中，淬熄是與Sm3+濃度成正比關係。另外，使用光源355 nm激發時得到的各個化合物淬熄速率都較使用光源303.5 nm時大，顯示以355 nm激發時淬熄效應較為嚴重。

摘要(英)

Coordination polymers, R2(C8H10O4)3, with 1,4-cyclohexanedicarboxylate (C8H10O4, CHDC) ligands and different compositions of rare earth elements (R= Y, Tb, and Sm) were synthesized by mid-temperature hydrothermal method. Single crystal and powder x-ray diffraction (XRD) data of these compounds were acquired for confirming their structure and purity. Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectra (ICP-AES) were also obtained to verify the compositions of rare earth elements. In the spectra of coordination polymers containing trivalent samarium (Sm3+), complicated quenching phenomena were observed. For these coordination polymers, photoluminescence (PL), excitation, and time-resolved spectra were recorded. Kinetics models were adopted for analyzing the spectral data. There exist two quenching mechanisms. For YxSmyTb2-x-y(CHDC)3, the quenching rate is irrelevant to the Sm3+ concentration, whereas for SmxTb2-x(CHDC)3, the quenching rate is proportional to the Sm3+ concentration. The results can successfully explain the observed quenching phenomena, and complete quenching rate constants were determined.

關鍵字(中)

★ 稀土元素
★ 釤離子之淬熄效應

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
謝誌 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅶ
表目錄 Ⅹ
第一章緒論 1
1-1 鑭系元素與稀土元素 1
1-2 鑭系元素之放光原理 3
1-2-1 鋱離子發光原理 4
1-2-2 釤離子發光原理 6
1-2-3 銪離子發光原理 6
1-3 研究動機與目標 9
第二章實驗 12
2-1 實驗目標 12
2-2 合成方法 12
2-2-1 中溫水熱合成法 13
2-2-2 實驗藥品 14
2-2-3 R2(CHDC)3晶體合成步驟 15
2-3 鑑定方法 15
2-3-1 單晶X光繞射 16
2-3-2 粉末X光繞射實驗 17
2-3-3 感應耦合電漿原子發射光譜儀 18
2-4 光譜技術簡介 18
2-4-1 吸收光譜(absorption spectra) 19
2-4-2 放射光譜(emission spectra) 19
2-5 光學元件介紹 20
2-5-1 光源 21
2-5-2 單光儀 22
2-5-3 偵測器 23
2-5-4 示波器 24
2-6 光譜分析研究及儀器裝置 25
2-6-1 光致放光光譜 25
2-6-2 激發光譜 27
2-6-3 時間解析光譜 29
第三章結果與討論 31
3-1 R2(CHDC)3 31
3-2 晶體鑑定 31
3-3 晶體結構 33
3-4 光致放光光譜 35
3-5 放光生命期及訊號上升時間 37
3-6 濃度淬熄現象 38
3-7 能量提供者之放光衰退曲線 40
3-8 三維模型分析具濃度淬熄現象之放光衰退曲線 43
3-9 激發光譜 45
3-10 303.5 nm激發之放光衰退曲線 46
3-11 303.5 nm激發之放光衰退曲線分析 48
3-12 355 nm激發之放光衰退曲線分析 54
3-13 淬熄速率與機制之分析 61
3-14 Tb3+之放光生命期 69
第四章結論 70
參考文獻 72

參考文獻

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指導教授

張伯琛(Bor-Chen Chang)

審核日期

2016-7-26

推文