[0061] 在某个实施方案中,M为钇,并且M'、Ma和Mb为选自Pr、Eu、Gd、Tb、Er、Tm和Yb中的一种或更多种金属。
[0062] 通过本发明的方法制备的不溶于水的金属氢氧化物(例如,Y(OH)3:Na、Gd(OH)3:Na、Eu(OH)3:Na、Tm(OH)3:Na、Yb(OH)3:Na、Pr(OH)3:Na、Tb(OH)3:Na等)可以本身就是优异的荧光材料,并且可以用作荧光材料的前体,该荧光材料可以通过掺杂有附加的金属盐而发
射取决于波长的多种
颜色。
[0063] 在某个实施方案中,不溶于水的金属氢氧化物通过特定波长下的辐照呈现出荧光发射/光发射性质。
[0064] 另外,在本公开内容中,可以通过进一步执行热处理步骤、更具体地在300℃以上至小于1400℃下的热处理步骤来容易地制备金属氧化物。所制备的金属氧化物还可以用作
呈现出多种光发射的荧光材料的前体。
[0065] 在某个实施方案中,本发明的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物呈现出在490nm以下的波长处的吸收。在某个实施方案中,本发明的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物呈现出在500nm至1100nm的范围内、更
具体地在510nm至1050nm的范围内、以及更加具体地在530nm至1010nm范围内的波长处的光
发射。
[0066] 本发明的发光性质可以有效地应用于照明灯(例如LED)和电视机的显像管(节目的影片记录)以及发光装置例如激光系统。本发明的不溶于水的金属氢氧化物可以在通过
简单工艺容易地制造氢氧化物的方面有效地用作发光装置中的荧光材料的前体,并且通过
各种金属的组合具有多种荧光发射/光发射颜色。
[0067] 在某个实施方案中,本发明的发光装置为白色发光
二极管(LED)。
[0068] 在本发明的又一方面,提供了一种用于
太阳能电池的波长转换组合物,该组合物包含吸收波长为490nm以下并且发光波长在500nm至1100nm的范围内的前述不溶于水的金
属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物。
[0069] 因为本波长转换组合物包含作为如上所述的有效组分的上述不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物,所以为了避免使本申请复杂化的不适当的赘
述,省略它们之间的共同描述。
[0070] 为了用在太阳能电池中,波长转换组合物需要具有将入射太阳光
能量转换成
电能的高转换效率,其中转换效率受各种因素影响,例如太阳能电池的光反射率、特定波长范围下的吸收效率以及电池的内阻,并且已知目前通常使用的
硅太阳能电池具有约10%至19%
的电池效率。太阳光包括多种波长范围的光,例如红外光、可见光和UV光。作为增加转换效率的方法,期望在可以将转换效率低的短波长范围(例如,500nm以下的波长范围)下的光转换成在较高波长范围下的光的情况下能够使太阳能电池的转换效率增加。可以用在本发明
的组合物中的不溶于水的金属氢氧化物或金属氧化物可以有效地应用于用于太阳能电池
的波长转换组合物,其中低波长范围下的光可以被吸收并且呈现出较高波长的范围下的荧
光发射/光发射。
[0071] 在某个实施方案中,本发明的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物通过吸收490nm以下(更具体地,350nm至470nm)的波长呈现出500nm以上至小于
1100nm的发光波长(例如,在掺杂有铽和镱的氢氧化钇的情况下,530nm至1010nm的宽光发
射谱)(参见:图11)。
[0072] 本发明的特征和优点总结如下:
[0073] (a)本发明涉及一种制备不溶于水的金属氢氧化物的新方法及其用途。
[0074] (b)本发明的不溶于水的金属氢氧化物通过两次高温热处理步骤和洗涤步骤被便捷高效地制备,从而包含少量的第二金属并且具有高的结晶度和相纯度。
[0075] (c)本发明的不溶于水的金属氢氧化物或得自该金属氢氧化物的金属氧化物呈现出在低波长范围下(例如,490nm以下)的吸收波长和在高波长范围下(例如,500nm以上至小于1100nm)的发光波长。
[0076] (d)因此,本发明的不溶于水的金属氢氧化物可以有效地用在各种应用中,例如阻燃剂、抗酸剂、吸附剂等,并且还可以掺杂有另外的金属离子以用作制造催化剂、荧光材料、电极材料、二次电池材料等的原料。
附图说明
[0077] 图1为示出根据本发明的不溶于水的氢氧化物的制备方法的示意图。
[0078] 图2表示根据本发明的实施例1至实施例8制造的不溶于水的氢氧化物的XRD图谱。
[0079] 图3示出根据本发明的实施例9至实施例11制造的不溶于水的氢氧化物的XRD图谱。
[0080] 图4示出根据本发明的实施例1以及实施例12至实施例16的根据不同浓度的第二金属的金属盐制造的氢氧化钇的XRD图谱。
[0081] 图5为根据本发明的实施例17至实施例19的通过在不同气氛下(99%以上的氧气、氢气以及氮气)的热处理制造的氢氧化钇的XRD图谱。
[0082] 图6表示根据本发明的实施例20至实施例22的通过执行在不同温度下热处理而制造的氧化钇的XRD图谱。
[0083] 图7示出根据本发明的实施例23至实施例26的制备至第二金属的金属盐中的氢氧化钇的XRD图谱。
[0084] 图8示出根据本发明的实施例1制造的氢氧化钇的SEM图像。
[0085] 图9示出根据本发明的实施例27制备的铽掺杂的氢氧化钇的XRD图谱。
[0086] 图10表示根据实施例27制备的铽掺杂的氢氧化钇的光发射谱。
[0087] 图11为根据实施例28制备的铽和镱两者掺杂的氢氧化钇的光发射谱。
[0088] 图12a和图12b分别示出根据实施例29制备的铕掺杂的氢氧化钇的吸收谱和光发射谱。
[0089] 图13表示根据本发明的实施例28制备的氧化钇的XRD图谱。
[0090] 图14示出根据本发明的实施例28制备的氧化钇的SEM图像。
[0091] 图15为根据本发明的对比例1制备的粉末的XRD图谱。
[0092] 图16示出根据本发明的对比例2制备的氧化钇的XRD图谱。
具体实施方式
[0093] 在下文中,将通过实施例更详细地描述本发明。对本领域技术人员而言明显的是,这些实施例旨在为更具体地说明性的并且在所附权利要求中阐述的本发明的范围不限于这些实施例或不受实施例限制。
[0094] 实施例
[0096] 用于制备不溶于水的金属氢氧化物的基于稀土的金属硝酸盐为如下:从Aldrich product(美国)购买的Y(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·5H2O、Tm(NO3)3·xH2O、Yb(NO3)3·6H2O、Pr(NO3)3·6H2O和Tb(NO3)3·6H2O产品。另外,其他的Ca
(NO3)2、Co(NO3)3·6H2O和Mg(NO3)3·6H2O的硝酸盐从Daejung Chemical&Metals有限公司得到。以来自Daejung Chemical&Metals有限公司的产品的形式使用NaNO2、Na2CO3·H2O、
NaOH、NaNO3和LiNO3·H2O的第二金属的金属盐和尿素。
[0097] 为了研究制造的氢氧化物的相,分析通过使用Bruker D8Advance仪器得到的X射线衍射(XRD)图案。对于组分分析,使用Shimadzu仪器执行
X射线荧
光谱法,并且使用Perkin Elmer LS-40仪器来测量
光致发光光谱。为了得到扫描
电子显微镜(SEM)图像,在15kV的电
子束下使用FEI Co.制造的SEM仪器。
[0098] 实施例1至实施例26:制备含第二金属的金属氢氧化物
[0099] 将第一金属的金属盐(0.01mol)、第二金属的金属盐(0.015mol至0.25mol)和尿素(0.02mol)放入200ml的氧化
铝坩埚中,并且将50ml的水添加到坩埚中,然后搅拌混合物直
至其变成透明溶液,然后将得到的产物转移至预加热至500℃的电炉。首先,在将水蒸发之后约5分钟燃烧尿素时,产生火焰并维持几秒至几分钟直到熄灭。燃烧产物为白色粉末,并且将燃烧产物再次在电炉中经历800℃以上的热处理2小时。将经热处理的粉末冷却至室
温,并且然后用10ml的水洗涤5次。利用离心机分离剩余的不溶于水的固体,然后在室温下干燥以得到作为固体的不溶于水的金属氢氧化物。用于制备本发明中的金属氢氧化物的前
体和前体的所得产物分别示出在下面的表1中。在各实施例中制备的金属氢氧化物的XRD图
谱示出在图2至图7中。图8是根据实施例1制造的氢氧化钇的SEM图像。实施例1中制备金属
氢氧化物的XRF组分分析结果示出在表2中。在表2的结果中,确认了在900℃下的热处理之
后执行洗涤步骤的情况下,仍然有大量的第二金属组分。
[0100] [表1]
[0101]
[0102] [表2]
[0103] 本发明的实施例1中的燃烧产物和最终产物的XRF组分分析对比
[0104]样品 Na原子% Y原子%
燃烧产物(燃烧氧化之后) 35 65
900℃下的热处理之后在洗涤之前 41 59
900℃下的热处理之后在洗涤之后 30 70
对比例1(在没有热处理的情况下洗涤之后) 1 99
[0105] 实施例27:制备掺杂有两种不溶于水的金属的氢氧化物
[0106] 将硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O,0.0095mol)、硝酸铽(Tb(NO3)3·6H2O,0.0005mol)与亚硝酸钠(NaNO2,0.015-0.25mol)和尿素(0.02mol)混合,并且将混合物放入200ml的氧化铝
坩埚,并且将50ml的水添加至坩埚,然后搅拌混合物直至其变成透明溶液,然后将得到的产物转移至预加热至500℃的电炉。在将水蒸发之后,开始燃烧(氧化)反应,持续几分钟,然后停止。燃烧产物为白色粉末,并且将燃烧产物再次在电炉中经历900℃下的热处理2小时。将经热处理的粉末冷却至室温,并且然后用10ml的水洗涤5次。通过离心机分离剩余的固体,并且然后在室温下干燥以得到作为固体的铽掺杂的氢氧化钇。所制造的氢氧化物在被UV光
源于365nm下辐照时呈现出明亮的绿光发射。对应的氢氧化物的XRD图谱和发射光谱分别示
出在图9和图10中。
[0107] 实施例28:制备掺杂有三种不溶于水的金属的氢氧化物
[0108] 将硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O,0.0085mol)、硝酸铽(Tb(NO3)3·6H2O,0.0005mol)和硝酸镱(Yb(NO3)3·6H2O,0.0015mol)与亚硝酸钠(NaNO2,0.015-0.25mol)和尿素(0.02mol)混合,并且将混合物放入200ml的氧化铝坩埚,将50ml的水添加至坩埚,然后搅拌混合物直至其变成透明溶液,然后将得到的产物转移至预加热至500℃的电炉。以与实施例27中相同的方式执行剩余工艺。与实施例27的结果类似地得到对应氢氧化物的XRD图谱(结果未示出),并且光发射谱示出在图11中。
[0109] 实施例29:制备掺杂有两种不溶于水的金属的氢氧化物
[0110] 如实施例27,使用两种硝酸盐,但使用硝酸铕(Eu(NO3)3·6H2O,0.0005mol)替代硝酸铽(Tb(NO3)3·6H2O,0.0005mol)来以与实施例27中相同的方式执行工艺。对应氢氧化物的XRD图谱如图9所示,并且光发射谱通过使吸收波长和发光波长分别偏移至460nm和613nm
而得到(图12a和图12b)。该荧光材料可以用作具有波长转换的荧光材料,该荧光材料用于
蓝色区中的蓝色磁-发光装置。
[0111] 实施例30:由氢氧化钇制备氧化钇
[0112] 可以通过加热将实施例1中得到的产物转变成氧化钇。将在实施例1中制造的氢氧化钇粉末的2g放入10ml的氧化铝坩埚,并且在电炉中经历400℃下的热处理2小时。此时,可以将热处理
温度控制为300℃以上至小于1300℃。在热处理之后,将坩埚冷却至室温以得到作为白色固体的氧化钇。在热处理期间,重量减轻了约20%。制造的氧化钇的XRD图谱和SEM图像分别表示在图13和图14中。
[0113] 对比例1:在没有执行实施例1中的热处理的情况下执行洗涤的情况
[0114] 以与实施例1相同的方式执行燃烧工艺。然而,在燃烧后没有执行热处理的情况下以如下方式立刻执行洗涤步骤。用10ml的水将燃烧后得到的白色固体洗涤5次,然后在室温下干燥。此时,通过XRD图谱确定的是,得到的粉末是复合氧化物,而不是金属氢氧化物。然后,通过XRF结果证明钠离子显著减少。对应的XRD结果和XRF结果分别示出在图15和表2中。
[0115] 对比例2:在没有实施例1中的第二金属的金属盐的情况下执行制备的情况
[0116] 只将硝酸钇(Y(NO3)3·6H2O,0.0095mol)和尿素(0.02mol)放入200ml的氧化铝坩埚,将50ml的水添加至坩埚,搅拌混合物直至其变成透明溶液,然后将得到的产物转移至预加热至500℃的电炉。在将水蒸发之后,开始燃烧(氧化)反应,持续几分钟,然后停止。燃烧产物为白色粉末,并且将燃烧产物再次在电炉中经历900℃下的热处理2小时。将经热处理
的粉末冷却至室温,然后用10ml的水洗涤5次。通过离心机分离剩余固体,然后在室温下干燥以得到白色固体。通过XRD图谱确定的是,得到的产物是氧化钇,而不是氢氧化物(图16)。
[0117] 在制备根据本发明的基于氢氧化钇的化合物时,可以同时添加镧系金属离子或过渡金属离子,并且在这种情况下,由于待成为得到产物的基于氢氧化钇的化合物作为基体
而可以从镧系金属离子或过渡金属离子得到更加强的光发射。因此,可以用作荧光材料的
基体并且通过氧化物转化而形成的氧化钇(实施例30)具有高结晶度,从而可以在用作荧光
材料、催化剂、陶瓷材料等的情况下呈现出良好的功能性。
[0118] 尽管已经详细描述了本公开内容的具体部分,但是对于本领域技术人员明显的是,这样的具体描述仅是示例性实施方案并且本公开内容的范围不受这样的具体描述限
制。因此,本公开内容的实际范围将通过所附权利要求及其等同物限定。