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光致发光

七月 15, 2023

光致发光（Photoluminescence，简称PL）是冷发光的一种，指物质吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。从量子力学理论上，这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。光致发光可按延迟时间分为荧光（fluorescence）和磷光（phosphorescence）。

光致发光是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段。

光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。

光致发光可以应用于：带隙检测、杂质等级和缺陷检测、复合机制以及材料品质鉴定。

光致发光材料

常见的具有光致发光的化合物见下表：

化合物 化学式 激发光 发射光 注释
镨(III)化合物 Pr3+ 跃迁：
  • 1D2 → 3F4（1000 nm）
  • 1D2 → 1G4（1440 nm）
  • 1D2 → 3H4（600 nm），1D2 → 3H5（690 nm）
  • 3P0 → 3H4–6（490, 545, 615, 640 nm），3P0 → 3F2–4（700, 725 nm）[1]
钕(III)化合物 Nd3+
  • 4F3/2 → 4I9/2 – 13/2（900, 1060, 1350 nm）[1]
钐(III)化合物 Sm3+
  • 4G5/2 → 6H5/2 – 13/2（560, 595, 640, 700, 775 nm）
  • 4G5/2 → 6F1/2 – 9/2（870, 887, 926, 1010, 1150 nm）[1]
铕(II)化合物 Eu2+ 紫外光 蓝光[2]
铕(III)化合物 Eu3+ 紫外光 红光 特征峰的位置、强度及说明：
  • 5D0 → 7F0（570~585 nm），很弱至强，仅在Cn、Cnv和Cs对称性中观测到
  • 5D0 → 7F1（585~600 nm），强，强度很大程度上和（配位）环境相关
  • 5D0 → 7F2（610~630 nm），强至很强，跃迁敏感，峰很强，和环境相关
  • 5D0 → 7F3（640~660 nm），很弱至弱，禁带跃迁
  • 5D0 → 7F4（680~710 nm），中至强，强度和环境相关，但不敏感
  • 5D0 → 7F5（740~770 nm），很弱，禁带跃迁
  • 5D0 → 7F6（810~840 nm），很弱至中，很少测量/观测[3]
硫酸铕 Eu2(SO4)3 394 nm 红光
  • 5D0 → 7F0（580 nm）
  • 5D0 → 7F1（590 nm）
  • 5D0 → 7F2（614 nm），强
  • 5D0 → 7F3（652 nm）
  • 5D0 → 7F4（697 nm）[4]
硫酸铕四水合物 Eu2(H2O)4(SO4)3 306 nm 红光
  • 5D0 → 7F1（592 nm），中
  • 5D0 → 7F2（616 nm），强
  • 5D0 → 7F3（652.5 nm），弱
  • 5D0 → 7F4（698.5 nm），弱[5]
钆(III)化合物 Gd3+
  • 6P7/2 → 8S7/2（315 nm）[1]
铽(III)化合物 Tb3+ 紫外光 绿光
  • 5D4 → 7F6–0（490, 540, 580, 620, 650, 660, 675 nm）[1]
硫酸铽 Tb2(SO4)3 紫外光 绿光 特征峰545 nm[6]
乙酸铽四水合物 [Tb2(CH3COO)6(H2O)4]·4H2O 369 nm 绿光
  • 5D4 → 7F6（488 nm）
  • 5D4 → 7F5（543 nm），强峰
  • 5D4 → 7F4（583 nm）
  • 5D4 → 7F3（621 nm）[7]
镝(III)化合物 Dy3+
  • 4F9/2 → 6H15/2 – 9/2（475, 570, 660, 750 nm）
  • 4I15/2 → 6H15/2 – 9/2（455, 540, 615, 695 nm）[1]
钬(III)化合物 Ho3+
  • 5S2 → 5I8（545 nm）
  • 5S2 → 5I7（750 nm）
  • 5F5 → 5I8（650 nm）
  • 5F5 → 5I7（965 nm）[1]
铒(III)化合物 Er3+
  • 4S3/2 → 4I15/2（545 nm）
  • 4S3/2 → 4I13/2（850 nm）
  • 4F9/2 → 4I15/2（660 nm）
  • 4I9/2 → 4I15/2（810 nm）
  • 4I13/2 → 4I15/2（1540 nm）[1]
铥(III)化合物 Tm3+
  • 1D2 → 3F4（450 nm）
  • 1D2 → 3H4（650 nm）
  • 1D2 → 3F3（740 nm）
  • 1D2 → 3F2（775 nm）
  • 1G4 → 3H6（470 nm）
  • 1G4 → 3F4（650 nm）
  • 1G4 → 3H5（770 nm）
  • 3H4 → 3H6（800 nm）[1]
镱(III)化合物 Yb3+
  • 2F5/2 → 2F7/2（980 nm）[1]
四碘化四吡啶合四铜 Cu4I4(R-py)4 366 nm
  • R=H，黄（紫）
  • R=3,4-二甲基，红（紫）
  • R=2,4,6-三甲基，绿（淡绿）
  • R=2-甲基-5-乙基，碧绿（蓝）
  • R=3-甲氧羰基，无光（绿）
 括号外为25 °C时的光致发光，括号内为−196 °C的发光[8]

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 de Bettencourt-Dias, A. Luminescence of Lanthanide Ions in Coordination Compounds and Nanomaterials. Wiley. 2014: 11 [2021-10-20]. ISBN 978-1-119-95083-7. （原始内容于2021-10-20）. 
  2. ^ Bünzli, Jean-Claude. Europium in the limelight. Nature Chemistry (Springer Science and Business Media LLC). 2010, 2 (8): 696–696. ISSN 1755-4330. doi:10.1038/nchem.760. 
  3. ^ Binnemans, Koen. Interpretation of europium(III) spectra. Coordination Chemistry Reviews (Elsevier BV). 2015, 295: 1–45. ISSN 0010-8545. doi:10.1016/j.ccr.2015.02.015. 
  4. ^ Denisenko, Yu.G.; Aleksandrovsky, A.S.; Atuchin, V.V.; Krylov, A.S.; Molokeev, M.S.; Oreshonkov, A.S.; Shestakov, N.P.; Andreev, O.V. Exploration of structural, thermal and spectroscopic properties of self-activated sulfate Eu2(SO4)3 with isolated SO4 groups. Journal of Industrial and Engineering Chemistry (Elsevier BV). 2018, 68: 109–116. ISSN 1226-086X. doi:10.1016/j.jiec.2018.07.034. 
  5. ^ X. Zhang, Yu. Ma, H. Zhao, C. Jiang, Yu. Sun, Ya. Xu. Synthesis, characterization and very strong luminescence of a new 3 D europium sulfate Eu2(H2O)4(SO4)3. Journal of Structural Chemistry. 2011-10, 52 (5): 954–958 [2021-10-20]. ISSN 0022-4766. doi:10.1134/S0022476611050179 （英语）. 
  6. ^ Deng, Geng. Terbium glows green. Nature Chemistry (Springer Science and Business Media LLC). 2017-12-19, 10 (1): 110–110. ISSN 1755-4330. doi:10.1038/nchem.2914. 
  7. ^ Beatriz Barja, Ricardo Baggio, Maria T Garland, Pedro F Aramendia, Octavio Peña, Mireille Perec. Crystal structures and luminescent properties of terbium(III) carboxylates. Inorganica Chimica Acta. 2003-03, 346: 187–196 [2021-10-20]. doi:10.1016/S0020-1693(02)01429-9. （原始内容于2022-03-08） （英语）. 
  8. ^ Parmeggiani, Fabio; Sacchetti, Alessandro. Preparation and Luminescence Thermochromism of Tetranuclear Copper(I)–Pyridine–Iodide Clusters. Journal of Chemical Education (American Chemical Society (ACS)). 2012-05-14, 89 (7): 946–949. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed200736b. 

参见

七月 15, 2023
光致发光, photoluminescence, 简称pl, 是冷发光的一种, 指物质吸收光子, 或电磁波, 后重新辐射出光子, 或电磁波, 的过程, 从量子力学理论上, 这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态, 同时放出光子的过程, 可按延迟时间分为荧光, fluorescence, 和磷光, phosphorescence, 是一种探测材料电子结构的方法, 它与材料无接触且不损坏材料, 光直接照射到材料上, 被材料吸收并将多余能量传递给材料, 这个过程叫做光激发, 这些多余的能量可以通. 光致发光 Photoluminescence 简称PL 是冷发光的一种 指物质吸收光子 或电磁波 后重新辐射出光子 或电磁波 的过程 从量子力学理论上 这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态 同时放出光子的过程 光致发光可按延迟时间分为荧光 fluorescence 和磷光 phosphorescence 光致发光是一种探测材料电子结构的方法 它与材料无接触且不损坏材料 光直接照射到材料上 被材料吸收并将多余能量传递给材料 这个过程叫做光激发 这些多余的能量可以通过发光的形式消耗掉 由于光激发而发光的过程叫做光致发光 光致发光的光谱结构和光强是测量许多重要材料的直接手段 光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态 当这些电子回到他们的热平衡态时 多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放 光致发光辐射光的能量是与两个电子态间不同的能级差相联系的 这其中涉及到了激发态与平衡态之间的跃迁 激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的 光致发光可以应用于 带隙检测 杂质等级和缺陷检测 复合机制以及材料品质鉴定 光致发光材料 编辑常见的具有光致发光的化合物见下表 化合物 化学式 激发光 发射光 注释镨 III 化合物 Pr3 跃迁 1D2 3F4 1000 nm 1D2 1G4 1440 nm 1D2 3H4 600 nm 1D2 3H5 690 nm 3P0 3H4 6 490 545 615 640 nm 3P0 3F2 4 700 725 nm 1 钕 III 化合物 Nd3 4F3 2 4I9 2 13 2 900 1060 1350 nm 1 钐 III 化合物 Sm3 4G5 2 6H5 2 13 2 560 595 640 700 775 nm 4G5 2 6F1 2 9 2 870 887 926 1010 1150 nm 1 铕 II 化合物 Eu2 紫外光 蓝光 2 铕 III 化合物 Eu3 紫外光 红光 特征峰的位置 强度及说明 5D0 7F0 570 585 nm 很弱至强 仅在Cn Cnv和Cs对称性中观测到 5D0 7F1 585 600 nm 强 强度很大程度上和 配位 环境相关 5D0 7F2 610 630 nm 强至很强 跃迁敏感 峰很强 和环境相关 5D0 7F3 640 660 nm 很弱至弱 禁带跃迁 5D0 7F4 680 710 nm 中至强 强度和环境相关 但不敏感 5D0 7F5 740 770 nm 很弱 禁带跃迁 5D0 7F6 810 840 nm 很弱至中 很少测量 观测 3 硫酸铕 Eu2 SO4 3 394 nm 红光 5D0 7F0 580 nm 5D0 7F1 590 nm 5D0 7F2 614 nm 强 5D0 7F3 652 nm 5D0 7F4 697 nm 4 硫酸铕四水合物 Eu2 H2O 4 SO4 3 306 nm 红光 5D0 7F1 592 nm 中 5D0 7F2 616 nm 强 5D0 7F3 652 5 nm 弱 5D0 7F4 698 5 nm 弱 5 钆 III 化合物 Gd3 6P7 2 8S7 2 315 nm 1 铽 III 化合物 Tb3 紫外光 绿光 5D4 7F6 0 490 540 580 620 650 660 675 nm 1 硫酸铽 Tb2 SO4 3 紫外光 绿光 特征峰545 nm 6 乙酸铽四水合物 Tb2 CH3COO 6 H2O 4 4H2O 369 nm 绿光 5D4 7F6 488 nm 5D4 7F5 543 nm 强峰 5D4 7F4 583 nm 5D4 7F3 621 nm 7 镝 III 化合物 Dy3 4F9 2 6H15 2 9 2 475 570 660 750 nm 4I15 2 6H15 2 9 2 455 540 615 695 nm 1 钬 III 化合物 Ho3 5S2 5I8 545 nm 5S2 5I7 750 nm 5F5 5I8 650 nm 5F5 5I7 965 nm 1 铒 III 化合物 Er3 4S3 2 4I15 2 545 nm 4S3 2 4I13 2 850 nm 4F9 2 4I15 2 660 nm 4I9 2 4I15 2 810 nm 4I13 2 4I15 2 1540 nm 1 铥 III 化合物 Tm3 1D2 3F4 450 nm 1D2 3H4 650 nm 1D2 3F3 740 nm 1D2 3F2 775 nm 1G4 3H6 470 nm 1G4 3F4 650 nm 1G4 3H5 770 nm 3H4 3H6 800 nm 1 镱 III 化合物 Yb3 2F5 2 2F7 2 980 nm 1 四碘化四吡啶合四铜 Cu4I4 R py 4 366 nm R H 黄 紫 R 3 4 二甲基 红 紫 R 2 4 6 三甲基 绿 淡绿 R 2 甲基 5 乙基 碧绿 蓝 R 3 甲氧羰基 无光 绿 括号外为25 C时的光致发光 括号内为 196 C的发光 8 参考文献 编辑 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 de Bettencourt Dias A Luminescence of Lanthanide Ions in Coordination Compounds and Nanomaterials Wiley 2014 11 2021 10 20 ISBN 978 1 119 95083 7 原始内容存档于2021 10 20 Bunzli Jean Claude Europium in the limelight Nature Chemistry Springer Science and Business Media LLC 2010 2 8 696 696 ISSN 1755 4330 doi 10 1038 nchem 760 Binnemans Koen Interpretation of europium III spectra Coordination Chemistry Reviews Elsevier BV 2015 295 1 45 ISSN 0010 8545 doi 10 1016 j ccr 2015 02 015 Denisenko Yu G Aleksandrovsky A S Atuchin V V Krylov A S Molokeev M S Oreshonkov A S Shestakov N P Andreev O V Exploration of structural thermal and spectroscopic properties of self activated sulfate Eu2 SO4 3 with isolated SO4 groups Journal of Industrial and Engineering Chemistry Elsevier BV 2018 68 109 116 ISSN 1226 086X doi 10 1016 j jiec 2018 07 034 X Zhang Yu Ma H Zhao C Jiang Yu Sun Ya Xu Synthesis characterization and very strong luminescence of a new 3 D europium sulfate Eu2 H2O 4 SO4 3 Journal of Structural Chemistry 2011 10 52 5 954 958 2021 10 20 ISSN 0022 4766 doi 10 1134 S0022476611050179 英语 Deng Geng Terbium glows green Nature Chemistry Springer Science and Business Media LLC 2017 12 19 10 1 110 110 ISSN 1755 4330 doi 10 1038 nchem 2914 Beatriz Barja Ricardo Baggio Maria T Garland Pedro F Aramendia Octavio Pena Mireille Perec Crystal structures and luminescent properties of terbium III carboxylates Inorganica Chimica Acta 2003 03 346 187 196 2021 10 20 doi 10 1016 S0020 1693 02 01429 9 原始内容存档于2022 03 08 英语 Parmeggiani Fabio Sacchetti Alessandro Preparation and Luminescence Thermochromism of Tetranuclear Copper I Pyridine Iodide Clusters Journal of Chemical Education American Chemical Society ACS 2012 05 14 89 7 946 949 ISSN 0021 9584 doi 10 1021 ed200736b 参见 编辑冷发光 發射光譜 激发光谱 取自 https zh wikipedia org w index php title 光致发光 amp oldid 70993170, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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