三價鋱化合物之藍位移放射光譜研究

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宋芝誼(Chih-Yi Song) 查詢紙本館藏

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化學學系

論文名稱

三價鋱化合物之藍位移放射光譜研究

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摘要(中)

本論文以中溫水熱法合成出一系列 R2(C8H10O4)3配位聚合物，配位中心
是不同莫耳比例之稀土元素如釔(yttrium, Y)及鋱(terbium, Tb) (R = Y,
Tb)，而配位基為 1,4-cyclohexanedicarboxylate (C8H10O4，簡稱 CHDC)
，將合成之配位聚合物以單晶及粉末 X 光繞射實驗鑑定其結構與純
度。實驗上以光致放光(photoluminescence)、激發(excitation)及時間解
析(time-resolved)光譜之光譜技術對所合成之樣品及前驅物 Tb(NO3)3進
行研究。結果發現含 Tb3+的化合物在以 561 nm 激發時均可觀測到藍位
移(blue shift)放光訊號，這些藍位移放光訊號皆為 Tb3+ 5D4激發態之放
光，但在配位化合物中的訊號遠比 Tb(NO3)3中的訊號強。我們以光功
率(power dependence)實驗及溫度相依(temperature dependence)實驗證實
藍位移放光訊號的產生在配位聚合物中為一個雙光子共振吸收(twophoton resonant absorption)過程，而在 Tb(NO3)3中則為一個單光子的熱
譜帶躍遷(hot band transition)過程。而這些藍位移訊號的強度則取決於
雙光子波長或單光子波長對應的吸收度大小。由 Tb3+的藍位移光譜研
究，我們也觀測到在含 Tb3+和 Eu3+的配位聚合物中 Tb3+ 5D4能量轉移
至 Eu3+ 5D1之新能量轉移路徑。

摘要(英)

Coordination polymers, R2(C8H10O4)3, were synthesized using midtemperature hydrothermal method with rare earth elements such as Y3+ or
Tb3+ as the coordination center and 1,4-cyclohexanedicarboxylate
(C8H10O4, CHDC) as ligands. The structure and purity of these compounds
were determined by single crystal and powder X-ray diffraction data.
Photoluminescence, excitation, and time-resolved spectra of these
compounds and the precursor, Tb(NO3)3, were acquired. The blue shift
signals are observed in the emission spectra of these compounds at 561 nm
excitation, while the blue shift emission of the coordination compounds is
much stronger than that of Tb(NO3)3. Power dependence and temperature
dependence measurements were conducted. The results indicate that the
formation of blue shift emission in coordination polymers is a two-photon
resonant absorption process while that is a one-photon hot band transition
in Tb(NO3)3. The intensity of blue shift emission in these compounds
depends on the absorption cross section at the corresponding two-photon
or one-photon wavelengths. Based on the blue shift emission study of Tb3+
,
in the coordination polymers containing both Tb3+ and Eu3+, the new
energy migration path from Tb3+ 5D4 to Eu3+ 5D1 was also identified.

關鍵字(中)

★ 藍位移訊號
★ 光致放光光譜

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.........................................................................................................XI
第一章緒論..............................................................................................1
1-1 稀土元素(Rare Earth Element)..........................................................1
1-2 稀土元素的應用................................................................................2
1-3 稀土元素中鑭系元素之發光原理....................................................3
1-3-1 鋱離子發光原理 .........................................................................5
1-4 研究動機............................................................................................6
第二章實驗..............................................................................................8
2-1 實驗目標............................................................................................8
2-2 合成方法............................................................................................9
V
2-3 鑑定方法..........................................................................................10
2-3-1 單晶 X 光繞射 ..........................................................................10
2-3-2 粉末 X 光繞射 ..........................................................................12
2-4 光譜技術簡介及裝置......................................................................12
2-4-1 放射光譜(Emission Spectra).....................................................13
2-4-2 光致放光光譜(Photoluminescence Spectra) ............................14
2-4-3 激發光譜(Excitation Spectra)...................................................17
2-4-4 時間解析光譜(Time-Resolved Spectra)...................................19
2-5 光學元件介紹..................................................................................21
2-5-1 光源 ...........................................................................................21
2-5-2 單光儀(Monochromator)...........................................................24
2-5-3 偵測器(Detector).......................................................................24
2-5-4 示波器(Oscilloscope)................................................................28
第三章結果與討論................................................................................30
3-1 R2(CHDC)3 .......................................................................................30
3-2 晶體結構..........................................................................................30
3-3 晶體鑑定..........................................................................................32
3-4 激發光譜..........................................................................................33
3-5 光致放光光譜..................................................................................34
VI
3-6 放光衰退曲線...................................................................................35
3-7 以 561 nm 激發 Tb3+之藍位移光譜................................................37
3-8 以 561 nm 激發之藍位移訊號形成機制........................................41
3-9 以 561 nm 激發 Tb3+放光衰退曲線之探討....................................51
3-10 以 280 nm 激發 Tb3+之放光光譜及上升曲線分析 .....................53
3-11 由激發光譜探討 Tb3+之藍位移訊號形成機制............................56
3-12 探討 SmxTb2-x(CHDC)3之 Tb3+藍位移訊號 ................................61
3-13 探討 EuxTb2-x(CHDC)3之 Tb3+藍位移訊號 .................................64
第四章結論............................................................................................66
參考文獻.....................................................................................................68

參考文獻

1. 稀土產品交易中心，稀土發光材料的合成及應用進展。資料來源：
https://kknews.cc/science/p8439nj.html
2. 楊素華，螢光粉在發光上的應用，科學發展，2002，358，66-71。
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Inorganic Chemistry. 2012, 51, 8818.

指導教授

張伯琛(Bor-Chen Chang)

審核日期

2020-7-29

推文