稀土有机无机杂化发光材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种稀土有机和无机杂化发光材料及其制备方法，所述的稀土有机和无机杂化发光材料，是带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团化合物。具体说本发明是将一类带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物与钛酸四异丙酯或异丙醇铝反应，通过价键的作用将稀土有机配合物嫁接到的钛和铝复合网络基质中，从而实现了稀土有机配合物与钛和铝复合网络基质之间在分子的水平上的复合，制备出了稀土有机和无机发光杂化材料，所制备的材料具有良好的光和热稳定性。在制备工艺上，溶胶—凝胶法实验条件温和，这就为材料的制备和加工提供了便利，降低了生产成本，可操作性强，重现性好，且所得产品质量稳定。

权利要求

1.一种稀土有机无机杂化发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物；

b、再加入该化合物质量15～20倍的溶剂；

c、通入氮气并升温到溶剂的回流温度，加入1mol偶联剂形成溶胶充分反应2～3小时；

d、滴加含有0.5mmol稀土硝酸盐或稀土盐酸盐的乙醇溶液2ml，使其发生配位反应得到稀土配合物；

e、反应1-2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶；

f、将所得的凝胶放入烘箱老化，然后用无水乙醇洗涤，干燥，即得所需杂化材料；

所述的带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物是指3，5-二(吡啶基-4-甲氧基)苯甲酸、3，4-二(吡啶基-3-甲氧基)苯甲酸、3，5-二(吡啶基-2-甲氧基)苯甲酸；

所述的偶联剂是指钛酸四异丙酯或异丙醇铝。

2.按照权利要求1所述的稀土有机无机杂化发光材料的制备方法，其特征在于，所述的稀土离子由三价铕及三价铽的硝酸盐或盐酸盐提供。

3.按照权利要求1所述的稀土有机无机杂化发光材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为乙醇、正丁醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

说明书

稀土有机无机杂化发光材料及其制备方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种有机和无机杂化光学材料，具体涉及一种基于钛和铝复合网络的稀土吡啶功能化稀土有机和无机杂化发光材料及其制备方法。背景技术：

[0002] 目前随着现代科学技术的发展，单一性质的稀土发光材料已不能充分满足人们生产生活的需要，近年来稀土发光材料的发展趋势是通过物理或化学的方法将一种或多种功能材料引入到稀土发光材料体系中得到性能互补、功能优异的杂化材料。

[0003] 稀土离子具有独特的电子层结构，因而表现出许多优良的光学性能，例如发射谱带窄、激发态寿命长等。然而，稀土离子的f-f跃迁属于禁阻跃迁，在可见与紫外光区只表现出很弱的吸收，所以单一稀土离子的发光较弱。由于有机配体在紫外区常常有较大的吸收，人们便将稀土离子与有机配体络合得到稀土有机配合物。研究发现引入适当的有机配体与稀土离子配位，通过分子内的能量传递，敏化中心离子发光，可以有效的增强稀土离子的荧光性质，因此稀土有机配合物具有优异的发光性能——具有色纯度高、荧光寿命较长、量子产率高、谱线丰富等优点，这种材料在显示、光波导放大、固体激光器、生物标记以及防伪等领域有着广泛的用途。但稀土有机配合物的热稳定性差以及不易加工等缺点却限制了它们的进一步应用。为了拓展稀土有机配合物的使用范围人们利用溶胶-凝胶的方法把一些具备良好的光、热和化学稳定性无机材料与稀土有机配合物结合起来形成性能优异的稀土有机/无机杂化发光材料，这成为稀土发光材料领域中的研究热点。

[0004] 目前，利用溶胶-凝胶的方法制备这些有机/无机杂化材料主要有物理掺杂法和化学掺杂法。

[0005] 物理掺杂方法是利用溶胶-凝胶的方法将无机、有机两组分通过弱作用力(如氢键、范德华力、静电等)相互作用，简单地将稀土有机配合物包埋于无机介质中制备的有机/无机杂化材料。由于有机相/无机相之间较弱的作用力,不可避免地会存在有机/无机相分离严重的情况，导致杂化材料中掺杂稀土量浓度偏低。

[0006] 化学掺杂方法是利用含高化学活性组分的稀土配合物作为前驱体，在液相下将这些原料均匀混合并进行水解、缩合等化学反应，在溶液中形成稳定的溶胶体系，溶胶经陈化后胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构或纤维状结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，溶剂蒸发后就得到干凝胶从而制备有机/无机杂化材料。由于这种杂化材料在有机相/无机相之间存在着较强的共价键，实现了材料之间的在分子水平或纳米尺寸上的复合，使功能活性组份的掺杂量相对较高。另外这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀的杂化材料。

[0007] 利用化学掺杂方法通过构筑稀土有机/无机杂化材料，这样既能体现无机基质材料拥有的良好的光、热和化学稳定性，又能凸显稀土有机配合物的良好的光学性能，无机组分和有机组分的合理优化，将会极大限度的改善稀土配合物的发光性能以及光、热和化学稳定性。最终开发出具有高量子效率、稳定性好的优良稀土有机/无机杂化材料。

[0008] 目前的研究发现这类杂化材料仍有一些需要解决的问题，即如果简单地利用无机、有机两组分之间的作用力(如氢键、范德华力、静电等)相互作用将稀土有机配合物包埋于无机介质中制备的有机/无机杂化材料会不可避免地存在有机/无机相分离严重的情况，导致杂化材料中掺杂稀土量浓度偏低影响杂化材料的发光性能。所以如何避免地存在有机/无机相分离，提高稀土离子的掺杂量是研究这类材料的关键。

[0009] 基于此，研究人员试图利用化学的方法将有机和无机相通过共价键链接起来，实现材料之间的在分子水平或纳米尺寸上的复合，增加功能活性组份的掺杂量，提高材料的发光性能。一般地，研究人员利用含高化学活性组分的稀土配合物作为前驱体，通过水解、缩合等化学反应，形成稳定的溶胶体系，经陈化形成三维空间网络结构或纤维状结构的凝胶，蒸发凝胶中的溶剂就得到了有机/无机杂化材料。利用这种方法制备的材料，既拥有无机基质材料的良好的光、热和化学稳定性，又具备稀土有机配合物的良好的光学性能。无机组分和有机组分的合理优化，将会极大限度的改善稀土配合物的发光性能以及光、热和化学稳定性。最终开发出具有高量子效率、稳定性好的优良稀土有机/无机杂化材料。另外这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀的杂化材料。发明内容：

[0010] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种稀土有机和无机杂化发光材料；

[0011] 本发明的另一目的是提供一种稀土有机和无机杂化发光材料的制备方法。

[0012] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0013] 一种稀土有机和无机杂化发光材料，带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团化合物的结构式为：

[0014]

[0015] 一种稀土有机和无机杂化发光材料的制备方法，包括以下步骤：

[0016] a、在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物；

[0017] b、再加入该化合物质量15～20倍的溶剂；

[0018] c、通入氮气并升温到溶剂的回流温度，加入1mol偶联剂形成溶胶充分反应2～3小时后，

[0019] d、滴加稀土离子的乙醇溶液2ml（稀土的量为0.5mol），使其发生配位反应得到稀土配合物；

[0020] e、反应1-2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶；

[0021] f、将所得的凝胶放入烘箱老化，然后用无水乙醇洗涤，干燥，即得所需杂化材料。

[0022] 所述的稀土离子由三价铕及铽的硝酸盐或盐酸盐提供。

[0023] 所述的偶联剂是指钛酸四异丙酯或异丙醇铝。

[0024] 所述的溶剂为乙醇、正丁醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

[0025] 有益效果：本方法中将一类带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物与钛酸四异丙酯或异丙醇铝反应，通过价键的作用将稀土有机配合物嫁接到的钛和铝复合网络基质中，从而实现了稀土有机配合物与钛和铝复合网络基质之间在分子的水平上的复合，制备出了稀土有机和无机发光杂化材料，所制备的材料具有良好的光、热稳定性。在制备工艺上，溶胶—凝胶法实验条件温和，这就为材料的制备和加工提供了便利，降低了生产成本，可操作性强，重现性好，且所得产品质量稳定。
附图说明：

[0026] 图1是实施例1所得一类发光材料的红外谱图

[0027] 图2是实施例2所得一类发光材料的发射光谱图具体实施方式：

[0028] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明：

[0029] 一种稀土有机和无机杂化发光材料，带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团化合物的结构式为：

[0030]

[0031] 一种稀土有机和无机杂化发光材料的制备方法，包括以下步骤：

[0032] a、在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol带有羧酸基团并带有与稀土离子配位的吡啶基团的化合物；

[0033] b、再加入该化合物质量15～20倍的溶剂；

[0034] c、通入氮气并升温到溶剂的回流温度，加入1mol偶联剂形成溶胶充分反应2～3小时后，

[0035] d、滴加稀土离子的乙醇溶液2ml（稀土的量为0.5mol），使其发生配位反应得到稀土配合物；

[0036] e、反应1-2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶；

[0037] f、将所得的凝胶放入烘箱老化，然后用无水乙醇洗涤，干燥，即得所需杂化材料。

[0038] 所述的稀土离子由三价铕及铽的硝酸盐或盐酸盐提供。

[0039] 所述的偶联剂是指钛酸四异丙酯或异丙醇铝。

[0040] 所述的溶剂为乙醇、正丁醇、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

[0041] 实施例1

[0042] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,5-二（吡啶基-4-甲氧基）苯甲酸和7g乙醇。通氮气并升温到回流，加入1mol钛酸四异丙酯充分反应2小时后形成溶胶，滴加0.5mmol硝酸铕的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗涤三次并真空干燥，便得到钛基复合网络吡啶功能化铕的发光杂化材料。

[0043] 实施例2

[0044] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,5-二（吡啶基-3-甲氧基）苯甲酸和5g正丁醇。通氮气并升温到回流，加入1mol异丙醇铝充分反应2.30小时后形成溶胶，滴加0.5mmol氯化铕的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应1.5小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗涤三次并真空干燥，便得到铝基复合网络吡啶功能化铕的发光杂化材料。

[0045] 实施例3

[0046] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,5-二（吡啶基-2-甲氧基）苯甲酸和6g N,N-二甲基甲酰胺。通氮气并升温到回流，加入1mol钛酸四异丙酯充分反应2.5小时后形成溶胶，滴加0.5mmol硝酸铽的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应1小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗涤三次并真空干燥，便得到钛基复合网络吡啶功能化铽的发光杂化材料。

[0047] 实施例4

[0048] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,4-二（吡啶基-4-甲氧基）苯甲酸和6g N,N-二甲基乙酰胺。通氮气并升温到回流，加入1mol异丙醇铝充分反应2小时后形成溶胶，滴加0.5mmol氯化铽的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在
65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗涤三次并真空干燥，便得到铝基复合网络吡啶功能化铽的发光杂化材料。

[0049] 实施例5

[0050] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,4-二（吡啶基-3-甲氧基）苯甲酸和6g N,N-二甲基乙酰胺。通氮气并升温到回流，加入0.5mol异丙醇铝和0.5mol钛酸四异丙酯充分反应2.5小时后形成溶胶，滴加0.5mmol氯化铽的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应1.5小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗三次并真空干燥，便得到钛/铝基复合网络吡啶功能化铽的发光杂化材料。

[0051] 实施例6

[0052] 在装有搅拌器、氮气通口的100ml三口瓶中，加入1mmol3,4-二（吡啶基-2-甲氧基）苯甲酸和6g N,N-二甲基乙酰胺。通氮气并升温到回流，加入0.5mol异丙醇铝和0.5mol钛酸四异丙酯充分反应3小时后形成溶胶，滴加0.5mmol硝酸铕的乙醇溶液2ml剧烈搅拌反应2小时后，加入0.01mmol去离子水得到固体凝胶。将所得的固体凝胶转移至烘箱中老化处理，温度控制在65℃，老化时间为1天。最后，将所得到的材料研磨后用无水乙醇反复洗涤三次并真空干燥，便得到钛/铝基复合网络吡啶功能化铕的发光杂化材料。

[0053] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。