Las propiedades estructurales y luminiscentes de polvos de TiO2, TiO2:Sm3+ y LiXTiO2:Sm3+ sintetizados por irradiación de microondas utilizando alcohol bencílico como solvente fueron estudiados en un intervalo de recocido de 200 -1000°C. La caracterización estructural y luminiscente se llevó a cabo por XRD, TEM, HRTEM, HRSEM y PL. El TiO2 puro sintetizado presenta características estructurales similares a otros métodos y su transformación de fase anatasa a rutilo ocurre entre 600-800°C. Se determinó que la fase anatasa del TiO2 es estabilizada por el dopado con Sm hasta temperaturas de 1000°C. El crecimiento del cristal del polvo de TiO2:Sm3+ es muy lento, teniendo un tamaño de 5nm a 200°C y 29 nm a 800°C. Se observó que las partículas consisten en cristales de tamaño nanométrico para todas las condiciones. La técnica de irradiación de microondas permitió la incorporación exitosa de los iones de Sm3+ dentro de la red cristalina anfitriona de TiO2, de manera que es razonable concluir que los iones de Sm3+ distorsionan el octaedro de TiO6 al sustituir iones de Ti4+. Los nanocristales de TiO2:Sm3+ muestran la emisión del ion de Sm3+ en la región de longitud de onda visible. La visible fotoluminiscencia corresponde a las transiciones desde el nivel excitado 4G5/2 a los niveles 6H5/2, 7/2, 9/2 y 11/2. Los resultados de las mediciones espectroscópicas de la excitación de la luminiscencia, implican que las emisiones de Sm3+, son debidas a la excitación indirecta de los iones Sm3+ a través de un proceso de transferencia de energía a partir de pares electrón-hueco generados en el huésped de TiO2. El aumento en la intensidad de la emisión esta relacionada directamente con alta cristalinidad obtenida por tratamiento recocido.
Abstract
The structural and luminescent properties of TiO2 and TiO2:Sm3+ powder, synthesized by microwave irradiation using benzyl alcohol as solvent, were studied over an annealing range of 200 to 1000°C. Structural and luminescent characterization was carried out by XRD, TEM, HRTEM, HRSEM and PL. Pure synthesized TiO2 presents similar structural characteristics to other methods and its transformation from the anatase to the rutile phase occurs between 600 and 800 °C. It was determined that the anatase phase of TiO2 is stabilized when doped with Sm3+, even at temperatures up to 1,000 °C. Crystal growth of TiO2:Sm3+ powder is very slow, measuring 5nm at 200°C and 29 nm at 800°C. It was observed that the particles consist of nano-sized crystals for all working conditions. Microwave irradiation technic allowed the successful incorporation of Sm3+ ions into the TiO2 host lattice, so it is reasonable to conclude that Sm3+ ions distorted octahedron of TiO6 to replace Ti4+ ions. TiO2:Sm3+ nanocrystals show emission of Sm3+ ion in the visible wavelength region. The visible photoluminescence correspond to transitions from the excited 4G5/2 level to the 6H11/2, 9/2, 7/2, 5/2 levels, respectively. The results of spectroscopic measurements of luminescence excitation, imply that Sm3+ emissions, are due to indirect excitation of the Sm3+ ions through an energy transference process from electron-hole pairs generated in the TiO2 host. The increased emission intensity is directly related with high crystallinity obtained by annealing treatment.
