几种 Eu(III) 三元有机配合物的合成与发光研究

几种 Eu(III)三元有机配合物的合成与发光研究 学生：方璞指导教师：龚孟濂教授专业：化学工程与工艺学号：023112002

目录 • 一、背景介绍 • 二、实验过程 • 三、结果讨论 • 四、工作结论

一、背景介绍 • LED(Light-emitting diode)，即半导体发光二极管，是在半导体p-n结或与其类似的结构加正向电流时以高效率发出可见光、近红外光或近紫外光的器件。 • LED的优点 • 低电压，安全 (3 ~ 24 V) • 耗能少 (比同光效的白炽灯少80%) • 体积小 • 响应时间快(纳秒级) • 对环境友好(不含Hg等有害物质)

LED应用 Fig 1 Application fields of LEDs

LED产生白光的途径 荧光转换型多芯片组合型 BlueLED+ Yellow Phosphor UV LED+ R G B Phosphors 发光效率高，色纯度易调，发光材料可选择面广常用的无机红色荧光粉，稳定性差，发光效率低亮度高性能良好，已商品化，LED缺少长波光组分，难以突破外国专利封锁易获取白光，成本高，个别劣化将影响光色 Fig 2 How to produce white light by LED

目前荧光转换型白光LED常用的红、绿、蓝发光材料目前荧光转换型白光LED常用的红、绿、蓝发光材料 • 红：Y2O2S:Eu3+，CaS:Eu3+. • 绿： ZnS:Cu+/Al3+ • 蓝：BaMgAl10O17: Eu2+ • 红色发光材料 1. 发光效率低于绿、蓝色发光材料； 2. 分解、释放对环境有害的硫氧化合物 • → 研究新型、高效近紫外LED用红色荧光粉，重要！

一、背景介绍 • 稀土有机配合物因具有色纯度高、高荧光量子效率和高稳定性的优点； • 选择合适配体 → 配合物激发光谱带可以跨越400 nm,从而被近紫外-紫光(390 – 420 nm)发射的半导体芯片发出的光激发； • 本课题以Eu3+有机配合物作为探求新型、高效白光LED用红色发光材料的研究对象,目前报道少。

二、实验步骤 • 合成配体联苯甲酰三氟丙酮BPTFA BPTFA Fig 3 Synthesis route of the ligand BPTFA

第一配体BPTFA分子结构的设计理念 • BPTFA 不共面结构减少激基复合物，不对称结构 -CF3 提高热稳定性有效避免荧光浓度猝灭增加发光辐射跃迁几率和PL性能 ↘ ↓↙ 对比DBM Fig 4 Advantages of BPTFA

第二配体分子结构与作用 • 第二配体bpy, phen和TPPO分子结构式： • 满足Eu3+高配位数； • 提高热稳定性； • 取代H2O，提高光致发光（Photoluminescence, PL）效率。 Fig 5 Structure of bpy, phen and TPPO

二、实验步骤 • 合成Eu(III)二元配合物 Eu(BPTFA)3(H2O)2 • 合成Eu(III)三元配合物(产品) Eu(BPTFA)3phen Eu(BPTFA)3(TPPO)2 Eu(BPTFA)3bpy • 发光性质研究

三、结果与讨论 • 质谱 Fig 6 MS of BPTFA

三、结果与讨论 • 氢核磁共振谱 Fig 7 1H NMR spectrum of BPTFA

三、结果与讨论 • 元素分析 Table 1 Element analysis data of BPTFA and Eu(BPTFA)3(L2)x

三、结果与讨论 • 红外吸收光谱 Table 2 Assignments in IR spectra of the europium(III) complexes (cm-1)

三、结果与讨论 • 热重分析 Table 3 Thermal analysis data of Eu(III) complexes

三、结果与讨论 Fig 8 TG-DTG curve of Eu(III) complexes

三、结果讨论 • 紫外-可见吸收光谱 Fig 9 UV-Vis spectra of Eu(III)-BPTFA complexes in CHCl3 solution (110-5mol·L-1)

三、结果与讨论 • 荧光激发光谱 Fig 10 Excitation spectra of Eu(BPTFA)3(L2)x complexes

三、结果与讨论 • 荧光发射光谱 Fig 11 Emission spectra of Eu(BPTFA)3(L2)x complexes

三、结果与讨论 • 稀土有机配合物光致发光机理示意图 Fig 12 Schematic photoluminescence mechanism in rare earth organic complexes

三、结果与讨论 • 稀土有机配合物-LED的发光性质 Fig 13 Emission spectra of LEDs fabricated with three Eu(III) complex phosphors

三、结果与讨论 Eu(BPTFA)3bpy Eu(BPTFA)3phen Eu(BPTFA)3(TPPO)2 Fig 14 CIE chromaticity diagram of three Eu(III) ternary complex LEDs

三、结果与讨论 LED with Eu(BPTFA)3(TPPO)2 LED with Eu(BPTFA)3bpy uncoated InGaN chip LED with Eu(BPTFA)3phen Fig 15 Photographs of the lighting LEDs under 20 mA forward bias excitation

四、结论 • 合成 3种Eu(III)三元有机配合物； • 均为热稳定性高、光致发光性能优良的红色发光材料； • 具有跨越400 nm的强激发带，可用作近紫外InGaN基LED芯片的红色荧光材料； • 如与蓝色和绿色荧光粉以合适的比例配合，可制成白光LED。

致谢 • 感谢龚孟濂教授的悉心指导； • 感谢许贵真师兄和实验室其他师兄师姐的极大帮助； • 感谢苏锵院士提供光谱测定仪器，王静和张剑辉老师的具体帮助； • 广东省关键领域重点突破项目(ZB2003A07); • 创新实验基金资助。

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