以光譜學研究含水硝酸銪加熱過程中結構之變化

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鍾守絜(Shou-Jie Chung) 查詢紙本館藏

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以光譜學研究含水硝酸銪加熱過程中結構之變化

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摘要(中)

本論文利用激發、光致放光、時間解析與紅外線光譜研究五水硝酸銪 (Eu(NO3)3．5H2O)與六水硝酸銪(Eu(NO3)3．6H2O)在100°C及200°C，不同加熱時間下(3天、5天、7天及10天)之結構變化。由光譜資料與放光衰退曲線(5D0與5D1)可推知含水硝酸銪在100℃下，加熱前3天會先移除結晶水(crystalline water)，然後再移除配位水(coordination water)，並且形成多種配位數的結構。而兩種含水硝酸銪經過10天加熱後，最終會形成相似配位環境之結構。而在200℃下，會持續移除水分子並開始移除配位之硝酸，因此其放光光譜或放光衰退曲線皆產生複雜的變化，推測是加熱過程改變了配位結構及產生如硝酸氧化物(oxynitrates)或更複雜的分子。本論文將以光譜資料闡明此兩種含水硝酸鹽在加熱過程中之結構改變與化學變化。

摘要(英)

Photoluminescence (PL), time-resolved, excitation, and infrared (IR) spectra of Eu(NO3)3 ·5H2O and Eu(NO3)3 ·6H2O were recorded at 100℃, and 200℃ after various heating time (3 days, 5 days, 7 days, 10 days). Based upon the spectra and emission decay curves (5D0 and 5D1), in these water-containing nitrates heated at 100℃, the crystalline water molecules are removed in the first 3 days of heating following by the removal of the coordination water molecules. These two water-containing nitrates will eventually form similar structures after heating for 10 days. At 200℃, in addition to the water removal, the coordinated nitrates are also removed and this results in more complicated spectra and decay curves. These changes could arise from the change of coordination environments and the formation of other species such as oxynitrates or more complex compounds. This thesis will use spectroscopic data to elucidate the structural and chemical changes of these two water-containing nitrates in the heating process.

關鍵字(中)

★ 鑭系金屬

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 ⅥⅠⅠ
表目錄 ⅪⅤ
第一章緒論 1
1-1 發光材料 1
1-2 鑭系元素及稀土元素 2
1-3 鑭系元素的放光原理 4
1-4 銪離子之放光 5
1-5 研究動機 7
第二章實驗 8
2-1實驗目標 8
2-2實驗藥品 8
2-3樣品前置處理 8
2-4紫外-可見光光譜學技術及儀器架設 9
2-4-1紫外-可見光光譜學測量元件 10
2-4-1-1光源 10
2-4-1-2單光儀 12
2-4-1-3偵測器 13
2-4-1-4示波器 17
2-4-1-5時間控制器 17
2-4-2激發光譜 17
2-4-3光致放光光譜 19
2-4-4時間解析光譜 21
2-5紅外光光譜及傅立葉紅外線光譜儀 22
第三章結果與討論 24
3-1鑭系硝酸鹽 24
3-2晶體結構 24
3-3光致放光光譜 26
3-4硝酸銪水合物加熱過程之分析 29
3-5硝酸銪水合物加熱後之激發光譜 30
3-6 Eu(NO3)3．5H2O加熱至100℃之放光光譜 31
3-7在100℃時Eu(NO3)3．5H2O中Eu3+之5D0的放光衰退曲線之分析 33
3-8在100℃時Eu(NO3)3．5H2O中Eu3+之5D1的放光衰退曲線之分析 36
3-9 Eu(NO3)3．6H2O加熱至100℃之放光光譜 39
3-10在100℃時Eu(NO3)3．6H2O中Eu3+之5D0的放光衰退曲線之分析 41
3-11在100℃時Eu(NO3)3．6H2O中Eu3+之5D1的放光衰退曲線之分析 45
3-12比較Eu(NO3)3．5H2O與Eu(NO3)3．6H2O加熱至100℃之放光光譜 47
3-13在100℃時Eu(NO3)3．6H2O之熱重損失分析 53
3-14在100℃時Eu(NO3)3．6H2O中淬熄放光之物種分析 54
3-15 Eu(NO3)3．5H2O加熱至200℃之放光光譜 57
3-16在200℃時Eu(NO3)3．5H2O中Eu3+之5D0的放光衰退曲線之分析 58
3-17在200℃時Eu(NO3)3．5H2O中Eu3+之5D1的放光衰退曲線之分析 62
3-18 Eu(NO3)3．6H2O加熱至200℃之放光光譜 65
3-19在200℃時Eu(NO3)3．6H2O中Eu3+之5D0的放光衰退曲線之分析 67
3-20在200℃時Eu(NO3)3．6H2O中Eu3+之5D1的放光衰退曲線之分析 70
3-21在355nm光源下激發Eu(NO3)3．5H2O之5D1時間解析光譜分析 62
3-22加熱含水硝酸銪在不同溫度時淬熄放光之物種分析 78
3-23在532 nm激發光源下兩種含水硝酸銪在不同溫度及時間之放光衰退時間分析整理 79
第四章結論 82
參考文獻 84

圖目錄
圖 1-1、稀土元素應用圖 4
圖 1-2、三價鑭系離子能階分布圖 5
圖 1 3、三價銪離子能階分布圖 6
圖 1 4、561 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在不同溫度之放光光譜圖 7
圖 2 1、型號JH-1之高溫烘爐 9
圖 2 2、不同型號氙燈之光譜輻照度 12
圖 2 3、Hamamatsu光電倍增管光譜靈敏度 14
圖 2 4、ICCD內部之真空增強管裝置圖 16
圖 2 5、激發光譜機制示意圖 18
圖 2 6、激發光譜儀器架設示意圖 19
圖 2 7、光致放光光譜機制示意圖 19
圖 2 8、光致放光光譜儀器架設示意圖 20
圖 2 9、時間解析光譜示意圖 21
圖 2 10、時間解析光譜儀器架設示意圖 22
圖 2 11、FT-IR光譜儀基本結構示意圖 23
圖 3-1、Y(NO3)3．5H2O結構示意圖 25
圖 3-2、Eu(NO3)3．6H2O結構示意圖 25

圖 3-3、[Eu(NO3)3．6H2O]6結構示意圖 26
圖 3 4、六聚體結構一平面結構示意圖 26
圖 3 5、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O之放光光譜圖 27
圖 3 6、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃下不同加熱時間之放光光譜圖 28
圖 3 7、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在不同溫度之放光光譜圖 28
圖 3 8、Eu(NO3)3．6H2O之熱重分析曲線 29
圖 3 9、Eu(NO3)3．5H2O在不同溫度下之激發光譜圖 30
圖 3 10、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之放光光譜圖 31
圖 3 11、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之5D0→7F0放光光譜圖 32
圖 3 12、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之5D0 → 7F0之放光衰退曲線 33
圖 3 13、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之 5D0 → 7F0放光衰退曲線分析 34
圖 3 14、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之 5D1 → 7F1之放光衰退曲線 36
圖 3 15、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在100℃下不同加熱時間之5D1 → 7F1放光衰退曲線分析 38
圖 3 16、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之放光光譜圖 40
圖 3 17、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之5D0→7F0放光光譜圖 41
圖 3 18、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之5D0→7F0之放光衰退曲線 42
圖 3 19、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之 5D0 → 7F0放光衰退曲線分析 42
圖 3 20、100℃下加熱7天之IR光譜圖 44
圖 3 21、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之 5D1 → 7F1之放光衰退曲線 45
圖 3 22、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在100℃下不同加熱時間之 5D1 → 7F1放光衰退曲線分析 46
圖 3 23、室溫下532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 48
圖 3 24、兩種[Y(NO3)3(H2O)5]結構示意圖 49
圖 3 25、[La(NO3)3(H2O)5]結構示意圖 49
圖 3 26、放置在未隔絕空氣環境下一個月後室溫下532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 50
圖 3 27、532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 51
圖 3 28、100℃加熱5天之532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 51
圖 3 29、100℃加熱7天之532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 52
圖 3 30、100℃加熱10天之532 nm激發含水硝酸銪之5D0→7F0放光光譜圖 53
圖 3 31、含水硝酸銪之IR吸收光譜 55
圖 3 32、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O與其氧化物之5D0 → 7F0之放光光譜圖 56
圖 3 33、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃不同加熱時間之放光光譜圖 57
圖 3 34、不同溫度532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O之5D0→7F0放光光譜圖 58
圖 3 35、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃下不同加熱時間之5D0 → 7F0之放光衰退曲線 59
圖 3 36、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃下不同加熱時間之 5D0 → 7F0放光衰退曲線分析 59
圖 3 37、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O不同溫度加熱7天之 5D0 → 7F0之放光衰退曲線 61
圖 3 38、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O之5D0→7F0放光光譜圖 62
圖 3 39、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃下不同加熱時間之5D1 → 7F1之放光衰退曲線 63
圖 3 40、532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在200℃下不同時間之 5D1 → 7F1放光衰退曲線分析 63
圖 3 41、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在200℃不同加熱時間之放光光譜圖 65
圖 3 42、不同溫度532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O之5D0→7F0放光光譜圖 66
圖 3 43、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在200℃下不同加熱時間之5D0 → 7F0之放光衰退曲線 67
圖 3 44、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在200℃下不同加熱時間之 5D0 → 7F0放光衰退曲線分析 68
圖 3 45、200℃下含水硝酸銪之IR吸收光譜 70
圖 3 46、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在200℃下不同加熱時間之 5D1 → 7F1之放光衰退曲線 71
圖 3 47、532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O在200℃下不同加熱時間之 5D1 → 7F1放光衰退曲線分析 71
圖 3 48、355 nm下從高激發態緩解過程示意圖 73
圖 3 49、355 nm激發Eu3+之5D1放光上升曲線 74
圖 3 50、355 nm激發Eu3+中 5D1 → 7F1之放光衰退曲線 74
圖 3 51、355 nm激發Eu(NO3)3．5H2O在不同溫度加熱3天之 5D1放光衰退曲線分析 75
圖 3 52、355 nm激發Eu3+之5D0放光上升曲線 76
圖 3 53、Eu(NO3)3．5H2O之IR吸收光譜 79

表目錄
表 3 1、Eu(NO3)3．6H2O熱重分析損失重量百分比及其推測結構 30
表 3 2、100℃下532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 35
表 3 3、100℃下532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 39
表 3 4、100℃下532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 43
表 3 5、100℃下532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 46
表 3 6、在100℃下Eu(NO3)3．6H2O之熱重損失分析 53
表 3 7、200℃下532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中 5D0之放光生命期與放光衰退速率 60
表 3-8、不同溫度下532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 62
表 3 9、200℃下532 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 64
表 3 10、200℃下532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 68
表 3 11、200℃下532 nm激發Eu(NO3)3．6H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 72
表 3 12、355 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D1之放光上升時間 74
表 3 13、355 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 75
表 3 14、355 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D0之放光上升時間 76
表 3 15、355 nm激發Eu(NO3)3．5H2O中5D1之kobs.、krelax及kemi 77
表 3 16、532 nm激發不同時間及溫度Eu(NO3)3．5H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 79
表 3 17、532 nm激發不同時間及溫度Eu(NO3)3．5H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 80
表 3 18、532 nm激發不同時間及溫度Eu(NO3)3．6H2O中5D0之放光生命期與放光衰退速率 80
表 3 19、532 nm激發不同時間及溫度Eu(NO3)3．6H2O中5D1之放光生命期與放光衰退速率 81

參考文獻

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指導教授

張伯琛(Bor-Chen Chang)

審核日期

2023-8-10

推文