Poster Aachen.cdr - Department Chemie und Biologie
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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