复合稀土层状氢氧化物的可控合成、剥离及透明荧光取向膜的纳米片组装与光学特性

以硝酸盐为原料，采用水热法合成Ln/Eu（Ln=Y,Gd,Lu）二元系层状氢氧化物。研究水热条件、沉淀剂种类和络离子的影响，明确结晶机制并实现对产物相纯度和颗粒形貌的有效控制；研究层间硝酸根与十二烷基硫酸根、甘氨酸根及油酸根的离子交换反应，建立离子交换动力学并获得层状氢氧化物剥离所需的柱撑体；研究柱撑体在丁醇、二甲苯和甲酰胺三种典型介质中的剥离反应和剥离机理，实现层状氢氧化物的高效率剥离；以剥离所得氢氧化物纳米片溶胶为原料，采用旋转甩涂技术在石英基板上组装纳米片的[001]取向透明膜、并通过层层叠加控制膜厚；将氢氧化物膜在氧气中煅烧为具有原子密排结构的[111]取向氧化物膜，研究膜的光学特性（透光率、荧光性能）及其与膜结构和材料组成（Eu含量和Ln种类）的关系；分析荧光的量子效应、表面效应和结晶取向效应，明确荧光机理；获得透光率大于70%、结构致密、荧光性能优异的氧化物取向膜。

以稀土硝酸盐为母盐、氨水为沉淀剂，针对硝酸盐类新型稀土层状氢氧化物（Ln2(OH)5NO3·nH2O，LRH）在较宽温度（100-200度）和pH（6-13）范围内进行了系统的合成和物相筛选研究。发现Ln2(OH)5NO3·nH2O、Ln4O(OH)9NO3、Ln(OH)2.94(NO3)0.06·nH2O和Ln(OH)3四类化合物存在于水热反应体系，明确了各物相的生成范围和结晶机理。发现低温、近中性pH利于LRH结晶，而高温或高pH产物具有较低的NO3-/Ln3+摩尔比。提出这是因为羟基和硝酸根与稀土离子竞争配位，高温高pH促进稀土离子水解，造成配位能力较弱的硝酸根缺失。发现硝酸铵作为矿化剂可将LRH的结晶温度由100°C拓展到200°C度并显著促进晶体生长，以此首次合成出了二维尺寸达300微米的超大片晶（通常5微米以下），利于拓展LRH在光电、功能塑料、催化、环境净化等领域的应用。发现LRH相的水合度（n值）随稀土离子半径增大而减低，但其层间硝酸根均仍为非配位的自由离子。. 采用水热反应实现了LRH的层间硝酸根与十二烷基硫酸根（DS-）和油酸根（oleate）等大尺寸有机离子的高效率离子交换，有效扩张了LRH的层间距，并将置换产物在甲酰胺和甲苯等介质中成功剥离为单层（厚约1.6nm）、单晶结构、柔韧性良好且二维尺寸达到60微米的超大纳米片，尚未见前人报道（通常为亚微米尺寸）。基于离子交换动力学和置换产物的结构特征，首次提出了DS-和油酸根离子的蠕动式层间嵌入模型。开发了LRH超薄纳米片（厚仅3-5nm）的常压低温（~4oC）一步合成新技术，实现了广谱（稀土元素可为Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er及Y中的任何一种或其组合）、大批量（通常产量的近百倍）合成。系统探讨了F-、SO42-及PO43-等无机阴离子交换对LRH超薄纳米片晶体结构和发光性能的影响。以纳米片为构筑单元自组装制备了表面平滑、结构致密、厚度可控、具有显著[111]取向且透光率可达80%的氧化物透明荧光膜，利用特定结晶取向显著提高了Eu3+、Tb3+、Dy3+等重要激活离子的发光强度（达到同成分粉体的2-4倍），所得取向膜可望应用于光电元器件。利用共掺杂激活离子间的高效率能量传递实现了荧光色的有效调控，分析了能量传递的效率和机理。