Poster Aachen.cdr - Department Chemie und Biologie

UV/VIS und IR-Lumineszenz von Dysprosium (II)
Matthias Adlung, Claudia Wickleder*
Anorganische Chemie II, Universität Siegen, 57068 Siegen, Germany
13. VORTRAGSTAGUNG
Modellierung in der Festkörper- und Materialchemie
Die Lumineszenz von dreiwertigem Dysprosium bzw. von dreiwertigen Lanthaniden ist schon seit langer Zeit bekannt[1]. Durch die
außergewöhnlichen Eigenschaften der zweiwertigen Selten- Erd-Ionen gewinnt dieser Bereich immer größere Bedeutung, da die
Emission (Farbe der Lumineszenz) durch das verwendete Wirtsgitter gut gesteuert werden kann. Bisher konnte nur die Lumineszenz von
Europium(II)[2],Ytterbium(II)[3], Samarium(II)[4] und Thulium(II)[5] detektiert werden. Nun ist es zum ersten Mal gelungen die Lumineszenz von
Dysprosium(II) zu detektieren. Für die Messungen wurde Dysprosium(II)chlorid in SrZnCl4, KMgF3 und Dysprosium(II)bromid in SrBr2 dotiert.
Bei zweiwertigen Selten-Erd-Ionen liegt das 5d-Niveau so tief, dass die Emission im UV/VIS- und NIR-Spektralbereich detektierbar ist.
Darstellung von DyCl2 und DyBr2 erfolgt durch Synproportionierung mittels Aufschmelzen
von Dy und DyCl3 in einer Ta-Ampulle
2 cm
2+
Lumineszenz von Dy in SrBr2 und SrZnCl4
SrBr2:Dy2+
SrZnCl4:Dy2+ 0,05%
SrBr2:Dy2+ 0,05%
Intensität
Intensität
Anregungsspektrum
6500
7500
8500
9500
10500
10500
11500
18000
25500
Emissionsspektrum von SrZnCl4:Dy und SrBr2:Dy
10
40500
Wellenzahl/cm
Wellenzahl/cm-1
2+
33000
-1
Energiediagramm von SrBr2:Dy2+
2+
2+
Energieniveauschema
10
5
5
- Es ist eine 4f -> 4f Emission von I6 -> I8 zu erkennen
Es findet eine strahlungslose Relaxation von einem 5d- in den
4f- Zustand statt, da das 5d- Niveau nur eine geringfügig
5
höhere Energie besitzt als das I6- Niveau
Anregungsspektrum von SrBr2:Dy
- Im Anregungsspektrum können eine Vielzahl von Übergängen
detektiert werden, die auf die fünffache Aufspaltung der 5d- Orbitale
2+
von Dy in SrBr2 und deren Wechselwirkung mit den
4f- Elektronen zurückzuführen ist.
2+
Lumineszenz von Dy in KMgF3
AHS
KMgF3:Dy2+
ALS
10 K
Intensität
CLS
BLS
DLS
7000
9000
11000
13000
15000
17000
-1
19000
21000
23000
25000
Wellenzahlen [cm ]
Energieniveauschema
Emissionsspektrum von KMgF3:Dy2+
9
1
Energiediagramm von KMgF3:Dy2+
10
Weitere Aufspaltung in High-Spin und Low-Spin
- Es ist gelungen eine 4f 5d -> 4f Emission zu detektieren.
9
1
10
Nicht nur der spinerlaubte 4f 5d (LS) -> 4f Übergang sondern
9
1
10
auch der spinverbotene 4f 5d (HS) -> 4f Übergang
IR
VIS
Das 5d- Niveau besitz in Fluoriden im Gegensatz
zu Chloriden und Bromiden eine höhere
Energie bedingt durch einen geringeren
nephelauxetischen-Effekt des Fluorids
Intensität
KMgF3:Dy2+
12000
16000
20000
24000
28000
-1
32000
36000
40000
Wellenzahlen [cm ]
Anregungsspektrum von KMgF3:Dy2+
2+
Energiediagramm von Dy in Fluoriden und Chloriden
[1] G..H.Dieke, Spektra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals, Wiley & Sons, 1968
[2] P. Dorenbos, J. Lumin., 2003, 104, 239-260
[3] S. Lizzo, A. Meijerink, G.J. Dirksen, G. Blasse, J. Lumin., 1995, 63, 223-234
[4] C. Wickleder, J. Alloys Comp., 2000300-301, 193-198
[5] O. S. Wenger, C. Wickleder, K. Kramer, H. U. Güdel, J. Lumin., 2001, 94-95, 101-105
Die 5d-Orbitale spalten in KMgF3 zweifach auf, daher
10
9
1
werden weniger Übergänge (4f ->4f 5d ) detektiert