SrAl2O4@SiO2核壳结构复合物的制备及发光耐水解性能

doi:10.7503/cjcu20250214

摘要/Abstract

摘要：

为解决碱土铝酸锶(SrAl₂O₄)易水解而导致晶体结构破坏的难题，以乙二醇作为非水反应介质，采用液相沉积法对碱土铝酸锶长余辉发光粉进行SiO₂层包覆. 该反应在无水环境中进行，从源头上避免了包覆过程中SrAl₂O₄水解副反应的发生. 通过系统的工艺优化研究确定了最佳包覆条件：反应溶液pH=11.0、反应温度为80.0 ℃、反应时间为2.0 h及Na₂SiO₃质量为碱土铝酸锶的6.0%. 在此条件下，在碱土铝酸锶表面构筑了厚度为60 nm的致密SiO₂包覆层. 透射电子显微镜和X射线衍射等研究结果表明， SiO₂包覆层结构完整均匀，且未改变碱土铝酸锶的晶体结构. 荧光光谱仪及耐水解性能测试结果表明，经包覆处理的碱土铝酸锶材料在发光强度仅降低9.0%的前提下，耐水性显著提升，经6 h水洗后仍保持良好的发光强度. 热重分析结果表明，核壳复合物经800 ℃高温处理后质量保留率达93.7%. 本文研究结果为碱土铝酸锶长余辉发光粉改性，特别是无水环境中壳层的包覆提供了新方法，并为其在消防领域的应用创造了条件.

关键词: 表面包覆, 发光材料, 核壳结构, 耐水性, 耐温性

Abstract:

Hydrolysis in alkaline condition and inferior temperature resistance property were two disadvantages of SrAl₂O₄∶Eu²⁺，Dy³⁺（SrAl₂O₄） long persistence phosphors. To address these two issues， this study employed ethylene glycol as a non-aqueous reaction medium to cover a SiO₂ layer on the SrAl₂O₄ surface. This strategy effectively isolated the SrAl₂O₄ matrix from water molecules， hence avoiding the side hydrolysis reactions during the coating process. After careful study， the optimized coating process was determined as follows： solution pH value was 11.0， reaction temperature was 80.0 ℃， reaction time was 2.0 h， Na₂SiO₃ dosage（mass） was 6.0% of SrAl₂O₄ powders. Under the optimized condition， a dense SiO₂ layer with the thickness of 60 nm was seamlessly coated on SrAl₂O₄ surface， leading to a SrAl₂O₄@SiO₂ core@shell composite. According to X-ray diffraction pattern， the crystal phase of the SrAl₂O₄ was not changed during the coating process. Compared to the pristine SrAl₂O₄， the luminescence intensity of composites was only reduced 11.2%， while the anti-hydrolysis property was largely improved. In practical application， the bright green color could be easily observed by naked eyes after the composite was washed for 6 h in the presence of detergent. The thermogravimetric analysis indicated the remained weight of SrAl₂O₄@SiO₂ composites was 93.7%（mass fraction） after calcinated at 800 ℃. This study provided a novel way to improve the anti-hydrolysis property and high-temperature resistance property of SrAl₂O₄ without remarkably sacrificing their luminescence property， and this is beneficial for their real application in fire protection.

Key words: Surface coating, Luminescent material, Core@shell structure, Anti-hydrolysis property, Thermal stability

中图分类号:

O614.2

TrendMD:

付佳霖, 朱玉凤, 杨开元, 郭永梅, 卢燕, 姚同杰. SrAl₂O₄@SiO₂核壳结构复合物的制备及发光耐水解性能. 高等学校化学学报, 2025, 46(10): 20250214.

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图/表 10

Fig.1 SEM(A—D), TEM(E, F) and elemental mapping(G) images of SrAl2O4 and SrAl2O4@SiO2⁃6.0%

Fig.2 XRD patterns of SrAl2O4 and SrAl2O4@SiO2⁃6.0%

Fig.3 FTIR spectra of initial SrAl2O4, SrAl2O4@ SiO2⁃6.0% and SrAl2O4@SiO2⁃30.0%

Fig.4 Full XPS spectra of SrAl2O4 and SrAl2O4@SiO2⁃6.0%(A) and core⁃level XPS spectra of Sr3d (B), Al2p (C), Si2p (D) and O1s (E) in SrAl2O4@SiO2⁃6.0%

Fig.5 PL spectra of SrAl2O4@SiO2 prepared under different experimental conditions（A） Different mass ratios of Na2SiO3 to SrAl2O4；（B） different reaction pH values；（C） different reaction time；（D） different reaction temperatures.

Fig.6 Relationship between solution pH values and time of SrAl2O4@SiO2 dispersed in the deionized water（A） SrAl2O4@SiO2 prepared under different mass ratios of Na2SiO3 to SrAl2O4；（B） SrAl2O4@SiO2-6.0% prepared under different solution pH values；（C） SrAl2O4@SiO2-6.0% prepared after different reaction times；（D） SrAl2O4@SiO2-6.0% prepared under different reaction temperatures.

Fig.7 TGA curves of initial SrAl2O4 and SrAl2O4@ SiO2⁃6.0%

Fig.8 XRD patterns of SrAl2O4@SiO2⁃6.0% before and after calcined at 800 ℃

Fig.9 TEM images of SrAl2O4@SiO2⁃6.0% after calcined at 800 ℃Inset： magnification of the circled part.

Fig.10 Images of SrAl2O4@SiO2⁃6.0% composites under different conditions（A） Washing without detergent；（B） washing with detergent.

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Preparation of SrAl₂O₄@SiO₂ Core@shell Structure Composites and Their Luminescence and Anti-hydrolysis Property

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