Особенности синтеза наночастиц LiRF4 (R = Er–Lu) методом высокотемпературного соосаждения и их фотолюминесцентные свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Наночастицы LiRF4 (R = Y, Yb, Lu), активированные ионами Yb3+/Er3+ и Yb3+/Tm3+, получены методом высокотемпературного соосаждения, исследовано влияние мольного соотношения прекурсоров и катионного состава матриц на их размерность и морфологию. Оптимизирован метод гетерогенной кристаллизации данных соединений с использованием нанозатравок LiYF4, что открывает возможности управляемого синтеза наноразмерных частиц LiRF4 с контролируемыми характеристиками. Среди изученных объектов наночастицы LiYF4@LiYbF4:Tm3+@LiYF4 демонстрируют наиболее интенсивную антистоксовую фотолюминесценцию в УФ- (λ = 362 нм) и синем (λ = 450 нм) диапазонах, что превышает аналогичные показатели для частиц β-NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4. Наночастицы LiYF4@LiLuF4:Yb3+/Er3+@LiYF4 являются наиболее эффективными преобразователями ИК-излучения в области λ = 1530 нм среди исследованных изоструктурных матриц и проявляют близкие показатели спектрально-люминесцентных свойств с соединением β-NaYF4:Yb3+/Er3+@NaYF4 с эквивалентной степенью солегирования. Полученные результаты позволяют рассматривать наночастицы LiYF4@LiYbF4:Tm3+@LiYF4 и LiYF4@LiLuF4:Yb3+/Er3+@LiYF4 в качестве реальной альтернативы наиболее широко применяемым люминофорам на основе гексагональной матрицы β-NaYF4 для задач фотоники и биотехнологий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Кошелев

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: avkoshelev03@gmail.com
Россия, Москва

В. В. Артемов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: avkoshelev03@gmail.com
Россия, Москва

Н. А. Архарова

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: avkoshelev03@gmail.com
Россия, Москва

M. S. Seyed Dorraji

University of Zanjan

Email: avkoshelev03@gmail.com
Иран, Зенджан

Д. Н. Каримов

Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ “Курчатовский институт”

Email: avkoshelev03@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Combes C.M., Dorenbos P., Van Eijk C.W. et al. // J. Luminescence. 1997. V. 71. № 1. P. 65. https://doi.org/10.1016/S0022-2313(96)00118-4
  2. Каминский А.А., Ляшенко А.И., Исаев Н.П. и др. // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. № 3. С. 195.
  3. Loiko P., Soulard R., Guillemot L. et al. // IEEE J. Quantum Electron. 2019. V. 55. № 6. P. 1. https://doi.org/10.1109/JQE.2019.2943477
  4. Yokota Y., Yamaji A., Kawaguchi N. et al. // Phys. Status Solidi. С. 2012. V. 9. № 12. P. 2279. https://doi.org/10.1002/pssc.201200290
  5. Kamada K., Hishinuma K., Kurosawa S. et al. // Opt. Mater. 2016. V. 61. P. 134. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2016.09.019
  6. Qiu Z., Wang S., Wang W., Wu S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 26. P. 29835. https://doi.org/10.1021/acsami.0c07765
  7. Vasyliev V., Villora E.G., Nakamura M. et al. // Opt. Express. 2012. V. 20. № 13. P. 14460. https://doi.org/10.1364/OE.20.014460
  8. Romanova I.V., Tagirov M.S. // Magnetic Resonance in Solids. Electronic J. 2019. V. 21. № 4. P. 13. https://doi.org/10.26907/mrsej-19412
  9. Zelmon D.E., Erdman E.C., Stevens K.T. et al. // Appl. Opt. 2016. V. 55. № 4. P. 834. https://doi.org/10.1364/AO.55.000834
  10. Khaydukov E.V., Mironova K.E., Semchishen V.A. et al. // Sci. Rep. 2016. V. 6. № 1. P. 35103. https://doi.org/10.1038/srep35103
  11. Hao S., Shang Y., Li D. et al. // Nanoscale. 2017. V. 9. № 20. P. 6711. https://doi.org/10.1039/C7NR01008G
  12. Zheng K., Han S., Zeng X. et al. // Adv. Mater. 2018. V. 30. № 30. P. 1801726. https://doi.org/10.1002/adma.201801726
  13. Guo Q., Wu J., Yang Y. et al. // J. Power Sources. 2019. V. 426. P. 178. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.04.039
  14. Zhou Y., Wu S., Wang F. et al. // Chemosphere. 2020. V. 238. P. 124648. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124648
  15. Каримов Д.Н., Демина П.А., Кошелев А.В. и др. // Российские нанотехнологии. 2020. Т. 15. № 6. С. 699. https://doi.org/10.1134/S1992722320060114
  16. Huang R., Liu S., Huang J. et al. // Nanoscale. 2021. V. 13. № 9. P. 4812. https://doi.org/10.1039/D0NR09068A
  17. Yang Y., Huang J., Wei W. et al. // Nature Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 3149. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30713-w
  18. Федоров П.П. // Журн. неорган. химии. 1999 Т. 44. № 11. С. 1792.
  19. Mai H.X., Zhang Y.W., Si R. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2006. V. 128. № 19. P. 6426. https://doi.org/10.1021/ja060212h
  20. Naccache R., Yu Q., Capobianco J.A. // Adv. Opt. Mater. 2015. V. 3. № 4. P. 482. https://doi.org/10.1002/adom.201400628
  21. Wang J., Deng R., MacDonald M.A. et al. // Nat. Mater. 2014. V. 13. № 2. P. 157. https://doi.org/10.1038/NMAT3804
  22. Rojas‐Gutierrez P.A., DeWolf C., Capobianco J.A. // Part. Part. Syst. Charact. 2016. V. 33. № 12. P. 865. https://doi.org/10.1002/ppsc.201600218
  23. Cheng T., Marin R., Skripka A., Vetrone F. // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. № 40. P. 12890. https://doi.org/10.1021/jacs.8b07086
  24. Wang J., Wang F., Xu J. et al. // C.R. Chim. 2010. V. 13. № 6–7. P. 731. https://doi.org/10.1016/j.crci.2010.03.021
  25. Liu S., An Z., Huang J., Zhou B. // Nano Res. 2023. V. 16. № 1. P. 1626. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5121-9
  26. Kaczmarek A.M., Suta M., Rijckaert H. et al. // J. Mater. Chem. C. 2021. V. 9. № 10. P. 3589. https://doi.org/10.1039/d0tc05865c
  27. Zhang X., Wang M., Ding J. et al. // CrystEngComm. 2012. V. 14. № 24. P. 8357. https://doi.org/10.1039/c2ce26159f
  28. He E., Zheng H., Gao W. et al. // Mater. Res. Bull. 2013. V. 48. № 9. P. 3505. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2013.05.046
  29. Chen B., Wang F. // Inorg. Chem. Front. 2020. V. 7. № 5. P. 1067. https://doi.org/10.1039/C9QI01358J
  30. Zhang L., Wang Z., Lu Z. et al. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2014. V. 14. № 6. P. 4710. https://doi.org/10.1166/jnn.2014.8641
  31. Jiang X., Cao C., Feng W. et al. // J. Mater. Chem. B. 2016. V. 4. № 1. P. 87. https://doi.org/10.1039/c5tb02023a
  32. Carl F., Birk L., Grauel B. et al. // Nano Res. 2021. V. 14. P. 797. https://doi.org/10.1007/s12274-020-3116-y
  33. Gao W., Zheng H., He E. et al. // J. Luminescence. 2014. V. 152. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.10.046
  34. Li W., He Q., Xu J. et al. // J. Luminescence. 2020. V. 227. P. 117396. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117396
  35. Zou Q., Huang P., Zheng W. et al. // Nanoscale. 2017. V. 9. № 19. P. 6521. https://doi.org/10.1039/C7NR02124K
  36. Liu J., Rijckaert H., Zeng M. et al. // Adv. Funct. Mater. 2018. V. 28. № 17. P. 1707365. https://doi.org/10.1002/adfm.201707365
  37. Dong J., Zhang J., Han Q. et al. // J. Luminescence. 2019. V. 207. P. 361. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2018.11.041
  38. Wang F., Deng R., Liu X. // Nat. Protoc. 2014. V. 9. № 7. P. 1634. https://doi.org/10.1038/nprot.2014.111
  39. Boyer J.C., Cuccia L.A., Capobianco J.A. // Nano Lett. 2007. V. 7. № 3. P. 847. https://doi.org/10.1021/nl070235+
  40. Koshelev A.V., Arkharova N.A., Khaydukov K.V. et al. // Crystals. 2022. V. 12. № 5. P. 599. https://doi.org/10.3390/cryst12050599
  41. Wang F., Han Y., Lim C.S. et al. // Nature. 2010. V. 463. № 7284. P. 1061. https://doi.org/10.1038/nature08777
  42. Liu Q., Sun Y., Yang T. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. № 43. P. 17122. https://doi.org/10.1021/ja207078s
  43. Damasco J.A., Chen G., Shao W. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. № 16. P. 13884. https://doi.org/10.1021/am503288d
  44. Huang X. // Opt. Mater. Express. 2016. V. 6. № 7. P. 2165. https://doi.org/10.1364/OME.6.002165
  45. Alyatkin S., Asharchuk I., Khaydukov K. et al. // Nanotechnology. 2016. V. 28. № 3. P. 035401. https://doi.org/10.1088/1361-6528/28/3/035401
  46. Gao D., Zhang X., Chong B. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2017. V. 19. № 6. P. 4288. https://doi.org/10.1039/C6CP06402G
  47. Schroter A., Märkl S., Weitzel N., Hirsch T. // Adv. Funct. Mater. 2022. V. 32. № 26. P. 2113065. https://doi.org/10.1002/adfm.202113065

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая диаграмма двойной системы LiF–YF3 [18]

Скачать (84KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгенограммы НЧ LiRF4, синтезированных при различном соотношении прекурсоров n(Li+):n(R3+):n(F-) (а): 1:1:4 (1), 1.75:1:4 (2), 2.5:1:4 (3); катионном составе кристаллической матрицы (б): R = Y (1), Yb (2), Lu (3) и соотношении прекурсоров 1.75:1:4

Скачать (187KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ- и ПЭМ-изображения НЧ LiRF4 c соответствующими гистограммами размерного распределения, полученных при различном соотношении прекурсоров: а – 1:1:4, б – 1.75:1:4, в – 2.5:1:4, и катионном составе матрицы: R = Y (г), Yb (д), Lu (е)

Скачать (691KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограммы нанозатравок LiYF4 (1) и структур, полученных после нанесения одной (2), трех (3) и пяти (4) эпитаксиальных оболочек LiYF4:Yb3+/Er3+ (а); ПЭМ-изображение затравок LiYF4 приведено во вставке. Зависимость размерности НЧ LiYF4:Yb3+/Er3+ от соотношения nпрек:nзатр (б)

Скачать (283KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Рентгенограммы НЧ LiYF4@LiYF4:Yb3+/Tm3+@LiYF4 (nΣпрек:nзатр = 20) (1), LiYF4@LiLuF4:Yb3+/Er3+@LiYF4 (nΣпрек:nзатр = 160) (2) со структурой затравка/ядро/оболочка и реперных НЧ β-NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4 (а). СЭМ-изображения НЧ LiYF4@LiYF4:Yb3+/Tm3+@LiYF4 (б), LiYF4@LiLuF4:Yb3+/Er3+@LiYF4 (в), β-NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4 (г), β-NaYF4:Yb3+/Er3+@NaYF4 (д) с соответствующими гистограммами размерного распределения

Скачать (597KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры ФЛ НЧ LiYF4 (1), LiYbF4 (2), LiLuF4 (3), β-NaYF4 (4), легированных ионами Yb3+/Tm3+ (а) и Yb3+/Er3+ (б). Внешний вид и наблюдаемая ФЛ коллоидов НЧ LiYF4@LiYF4:Yb3+/Tm3+@LiYF4 и LiYF4@LiLuF4:Yb3+/Er3+@LiLuF4, полученных при возбуждение излучением λ = 975 нм, показаны по вставках

Скачать (241KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024