Люминесцентные свойства композитов на основе силикатных пористых стекол, активированных висмутом и серебром

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Синтезированы висмутсодержащие композиционные материалы с переменным содержанием серебра путем пропиткиматриц из силикатных пористых стекол в подкисленных водно-солевых растворахBi(NO3)3 ∙ 5H2Oв присутствииAgNO3с их последующей тепловой обработкой при 650или 870 °C и исследованы их люминесцентные свойства. Установлено, что синтезированныематериалы обладают фотолюминесценцией в широком спектральном диапазоне (220–900 нм) благодаряприсутствию различных активных центров (Bi3+,Bi2+,Bi+ионы, димеры висмута, висмутовые активные центры, ассоциированные с кремнием,Ag+ионы,нанокластеры серебра, кремниевые кислородно-дефицитные центры, =Si0центры).

Об авторах

М. А. Гирсова

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ — ИХС

Email: girsovama@yandex.ru
199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

И. Н. Анфимова

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ — ИХС

199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Л. Н. Куриленко

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ — ИХС

199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Т. В. Антропова

НИЦ “Курчатовский институт” — ПИЯФ — ИХС

199034, Россия, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

Список литературы

  1. Dan H.K., Phan A.-L., Ty N.M., Zhou D., Qiu J. Opticalbandgaps and visible/near-infrared emissions of Bin+-doped (n = 1,2, and 3) fluoroaluminosilicate glasses via Ag+-K+ions exchangeprocess //Opt. Mater. 2021. V. 112. Article 110762. P. 1–8.
  2. He X., Xu X., Shi Y., Qiu J. Effectiveenhancement of Bi near-infrared luminescence in silicogermanate glasses via silver–sodiumion exchange //Journal of Non-Crystalline Solids. 2015. V. 409.P. 178–182.
  3. Deska R., Sadecka K., Olesiak-Bańska J., Matczyszyn K.,Pawlak D.A., Samoć M. Nonlinear plasmonics in eutectic composites: Secondharmonic generation and two-photon luminescence in a volumetric Bi2O3-Ag metamaterial //Applied Physics Letters. 2017. V. 110. Art. 031102. P. 1–5.
  4. Krishnan M.L., Neethish M.M., Kumar V.V.R.K., Vendamani V.S., Devi K.D., Mohan D.B., Nandhagol P., Behera N. Photoluminescence & structuralstudies of Ag: Alkali Bismuth Silicate glasses //Optic. 2023.V. 273. Article 170474. P. 1–10.
  5. Daniel R.I., Govindaraj R.,Bhargav P.B., Chauhan A.K., Ramasamy P. Fabrication of cost-effective lead-freesilver bismuth iodide based mesoscopic Rudorffite solar cells //Journalof Solid State Chemistry. 2024. V. 340. Article 125026. P. 1–9.
  6. Banupriya M., Manimekalai A., Umadevi M., Parimaladevi R., SagadevanS. Ecologically sustainable removal of pharmaceuticals: A mechanistic study ofbismuth sulfide-graphene oxide/silver nanocomposite //Environmental Research. 2024. V. 250.Article 118482. P. 1–10.
  7. Subramani S., Ramasamy A.K., Rajamanickam G.,Chauhan A.K., Perumalsamy R. Fabrication of ambient processed carbon-based inorganicsilver bismuth iodide solar cells without any expensive hole transportmaterials //Inorganic Chemistry Communications. 2024. V. 159. Article 111838.P. 1–9.
  8. Ajiboye T.O., Mafolasire A.A., Lawrence S.,·Tyhali N.,·Mhlanga S.D. Composite and Pristine Silver Bismuth Sulphide: Synthesis and Up-to-Date Applications //Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2024.V. 34. P. 433–457.
  9. Singh S.P., Karmakar B. Single-StepSynthesis and Surface Plasmons of Bismuth-Coated Spherical to Hexagonal SilverNanoparticles in Dichroic Ag: Bismuth Glass Nanocomposites //Plasmonics. 2011. V.6. P. 457–467.
  10. Xu B., Chen P., Zhou S.,Hong Z., Hao J., Qiu J. Enhanced broadband near-infrared luminescencein Bi-doped glasses by co-doping with Ag //Journal ofApplied Physics 2013. V. 113. Article 183506. P. 1–6.
  11. Gao X., Shang Y., Liu L., Fu F. Multilayer ultrathin Ag-δ-Bi2O3with ultrafast chargetransformation for enhanced photocatalytic nitrogen fixation //Journal of Colloidand Interface Science. 2019. V. 533. P. 649–657.
  12. Ilves V.G.,Gaviko V.S., Murzakaev A.M., Sokovnin S.Y., Svetlova O.A., Zuev M.G.,Uimin M.A. Effect of air annealing on structural, textural, thermal,magnetic and photocatalytic properties of Ag-doped mesoporous amorphous crystalline nanopowdersBi2O3 //Nano-Structures & Nano-Objects. 2024. V. 39.Article 101319. P. 1–15.
  13. Premkumar S., Liu D., Zhang Y.,Nataraj D., Ramya S., Jin Z., Mamba B.B., Kuvarega A.T.,Gui J. Stable Lead-Free Silver Bismuth Iodide Perovskite Quantum Dotsfor UV Photodetection //ACS Appl. Nano Mater. 2020. V.3. P. 9141–9150.
  14. Aslam S., Mustafa F., Ali J. Tuning of defect mediated charge transport in pristine AgBiS2nanocrystalsprobed via temperature dependent photoluminescence (TDPL) emission spectroscopy //MaterialsScience in Semiconductor Processing. 2025. V. 190. Article 109351. P. 1–8.
  15. Ohkura T., Fujimoto Y., Nakatsuka M. Local Structures ofBismuth Ion in Bismuth-Doped Silica Glasses Analyzed Using Bi LIIIX-Ray Absorption Fine Structure //J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. N11.P. 3596–3600.
  16. Xu D, Liu Y., Zhang S., Wang Z.,Yang W., Guo Q., Chen J. Growth mechanism and SERSeffect of Ag nanowire arrays prepared by solid-state ionics method //Solid State Sciences. 2024. V. 157. Article 107718. P. 1–10.
  17. Zyryanov V.V. Mechanically assisted chemical interaction of doped bismuthoxide with silver //Solid State Ionics. 2022. V. 383.Article 115987. P. 1–5.
  18. Daniel R.I., Govindaraj R., Bhargav P.B.,Krishnan R.A., Chauhan AK., Ramasamy P. Improvement of power conversionefficiency of Pb-free Mesoscopic Rudorffite solar cells by fine-tuning Ag-Bi-IRudorffite films through binary solvent engineering //Materials Science &Engineering B. 2025. V. 313. Article 117968. P. 1–15.
  19. de Jong M., Meijerink A. Color tuning of Bi2+luminescence in barium borates //Journal of Luminescence. 2016. V.170. P. 240–247.
  20. Romanov A.N., Grigoriev F.V., Sulimov V.B. Estimation of Bi+monocation crystal ionic radius by quantum chemicalsimulation //Computational and Theoretical Chemistry. 2013. V. 1017.P. 159–161.
  21. Образцов П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Панфилова А.В., Брунков П.Н. Формирование наночастиц серебрана поверхности силикатных стекол после ионного обмена //Физика и твердого тела. 2013. Т. 55. Вып. 6. С. 1180–1186. [Obraztsov P.A., Nashchekin A.V., Panfilova A.V., Brunkov P.N., Nikonorov N.V., Sidorov A.I. Formation of Silver Nanoparticles on the SilicateGlass Surface after Ion Exchange //Physics of the SolidState. 2013. V. 55. N 6. P. 1272–1278.]
  22. Sadecka K.,Toudert J., Surma H.B., Pawlak D.A. Temperature and atmosphere tunabilityof the nanoplasmonic resonance of a volumetric eutectic-based Bi2O3-Ag metamaterial //Optics Express. 2015. V. 23. N 15.P. 19098–19111.
  23. Antropova T., Girsova M., Anfimova I.,Drozdova I., Polyakova I., Vedishcheva N. Structure and spectral propertiesof the photochromic quartz-like glasses activated by silver halides //J. Non-Cryst. Solids. 2014. V. 401. P. 139–141.
  24. Патент 2605711. Способ изготовления люминесцентного висмут-содержащего кварцоидного материала на основевысококремнеземного пористого стекла / Антропова Т.В., Гирсова М.А., Анфимова И.Н.,Головина Г.Ф., Куриленко Л.Н., Фирстов С.В.; заявитель и патентообладатель Институтхимии силикатов им. И.В. Гребенщикова. № 2015117713/05; заявл. 12.05.2015; опубл. 27.12.2016, Бюл. № 36. 17 с.: ил.
  25. Antropova T.V., Drozdova I.A. Sintering ofthe optical porous glasses //Optica Applicata. 2003. V. 33.N 1. P. 13–22.
  26. Skuja L. Optically active oxygen-deficiency-relatedcenters in amorphous silicon dioxide //Journal of Non-Crystalline Solids.1998. V. 239. N 1–3. P. 16–48.
  27. Sokolov V.O.,Sulimov V.B. Theory of Twofold Coordinated Silicon and Germanium Atomsin Solid Silicon Dioxide //Phys. Stat. Sol. B. 1994. V. 186. N 3. P. 185–198.
  28. Зацепин А.Ф. Статика и динамика возбужденных состояний кислородно-дефицитных центров в SiO2 //Физика твердого тела. 2010. Т. 52. Вып. 6. С. 1104–1114. [Zatsepin A.F. Statics and dynamics of excitedstates of oxygen-deficient centers in SiO2 //Physics ofthe Solid State. 2010.V. 52. N 6. P. 1176–1187.]
  29. Буфетов И.А., Семенов С.Л., Вельмискин В.В., Фирстов С.В., Буфетова Г.А.,Дианов Е.М. Оптические свойства висмутовых активных центров в волоконных световодахиз плавленого кварца без дополнительных легирующих добавок //Квантовая электроника.2010. Т. 40. № 7. С. 639–641. [Bufetov I.A., Semenov S.L., Vel’miskin V.V., Firstov S.V., Bufetova G.A., Dianov E.M. Optical properties of active bismuthcentres in silica fibres containing no other dopants //QuantumElectronics. 2010. V. 40. N 7. P. 639–641.]
  30. Фирстова Е.Г., Буфетов И.А., Хопин В.Ф., Вельмискин В.В., Фирстов С.В., Буфетова Г.А., Нищев К.Н., Гурьянов А.Н., Дианов Е.М. Люминесцентныесвойства висмутовых активных ИК центров в стеклах на основе SiO2в спектральном диапазоне от УФ до ближнего ИК //Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 1. С 59–65. [Firstova E.G., Bufetov I.A.,Khopin V.F., Vel’miskin V.V., Frstov S.V., Bufetova G.A., Nishchev K.N.,Gur’yanov A.N., Dianov E.M. Luminescence properties of IR-emitting bismuthcentres in SiO2-based glasses in the UV to near-IRspectral region //Quantum Electronics. 2015. V. 45.N 1.P. 59–65.]
  31. Devi N.M., Lynrah S.A., Rajkumari R., Singh N.K. Effect of Ag decoration on the photodetection of catalyst-free synthesizedvertically oriented SiOxNW arrays //Sensors and Actuators A:Physical. 2021. V. 327. Article 112744. P. 1–10.
  32. Dubrovin V.D.,Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Shakhverdov T.A., Agafonova D.S. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses //OpticalMaterials. 2014. V. 36. N 4. P. 753–759.
  33. Belharouak I., Weill F., Parent C., Flem G.L.,Moine B. Silver particles in glasses of the ‘Ag2O–ZnO–P2O5’ system //Journal of Non-Crystalline Solids. 2001. V.293–295. P. 649–656.
  34. Cao R., Zhang F., Liao C., QiuJ. Yellow-to-orange emission from Bi2+-doped RF2(R = Caand Sr) phosphors //Opt. Express. 2013. V. 21. N 13. P. 15728–15733.
  35. Borsella E., Cattaruzza E., Marchi G. De,Gonella F., Mattei G., Mazzoldi P., Quaranta A., Battaglin G.,Polloni R. Synthesis of silver clusters in silica-based glasses foroptoelectronics applications //Journal of Non-Crystalline Solids. 1999. V. 245.P. 122–128.
  36. Nedyalkov N., Dikovska A., Koleva M., Stankova N.,Nikov R., Borisova E., Genova Ts, Aleksandrov L., Iordanova R.,Terakawa M. Luminescence properties of laser-induced silver clusters in borosilicateglass //Optical Materials. 2020. V. 100. Article 109618. P. 1–6.
  37. Kenyon A.J., Trwoga P.F., Pitt C.W. The origin ofphotoluminescence from thin films of silicon-rich silica //Journal ofApplied Physics. 1996. V. 79. N 12. P. 9291–9300.
  38. Trave E., Cattaruzza E., Gonella F., Calvelli P.,Quaranta A., Rahman A., Mariotto G. Ag clustering investigationin laser irradiated ion-exchanged glasses by optical and vibrational spectroscopy //Applied Surface Science. 2012. V. 258. N 23. P. 9399–9403.
  39. Wang W., Jiang C. Anomalous photoemission in bismuth-dopedamorphous solid via selective reduction and energy transfer mechanism investigation //Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 820. Article153169. P. 1–7.
  40. Rabin I., Schulze W., Ertl G., FelixC., Sieber C., Harbich W., Buttet J. Absorption and fluorescencespectra of Ar-matrix-isolated Ag3clusters //Chemical Physics Letters. 2000.V. 320. P. 59–64.
  41. Tikhomirov V.K., Rodríguez V.D., KuznetsovA., Kirilenko D., Van Tendeloo G., Moshchalkov V.V. Preparation andluminescence of bulk oxyfluoride glasses doped with Ag nanoclusters //Optics Express. 2010. V. 18. N 21. P. 22032–22040.
  42. Veber A., Cicconi M.R., Puri A., de Ligny D. OpticalProperties and Bismuth Redox in Bi-Doped High-Silica Al–Si Glasses //The Journal of Physical Chemistry C. 2018. V. 122. P. 19777–19792.
  43. Osminkina L.A., Sivakov V.A., Mysov G.A., Georgobiani V.A., Natashina U.А., Talkenberg F., Solovyev V.V., Kudryavtsev A.A., Timoshenko V. Yu. Nanoparticles prepared from porous silicon nanowires for bio-imaging and sonodynamictherapy //Nanoscale Research Letters. 2014. V. 9.Article 463. P. 1–7.
  44. Образцов А.Н., Тимошенко В.Ю., Окуши Х.,Ватанабе Х. Сравнительное исследование оптических свойств пористого кремния и оксидовSiO и SiO2 //Физика и техника полупроводников. 1999.Т. 33. Вып. 3. С. 322–326.[Engl.Transl.:Obraztsov A.N., Timoshenko V.Y., Okushi H.,Watanabe H. Comparative study of the optical properties of poroussilicon and the oxides SiO and SiO2 //Semiconductors. 1999.V. 33. N 3. P. 323–326].
  45. Lin G.-R., Lin C.-J.,Lin C.-K., Chou L.-J., Chueh Y.-L.Oxygen defect and Sinanocrystal dependent white-light and near-infrared electroluminescence of Si-implanted and plasma-enhancedchemical-vapor deposition-grown Si-rich SiO2 //Journal of Applied Physics.2005. V. 97. Article 094306. P. 1–8.
  46. Терехов В.А., Теруков Е.И., Ундалов Ю.К., Паринова Е.В., Спирин Д.Е., Середин П.В., Минаков Д.А., Домашевская Э.П. Состави оптические свойства аморфных пленокa-SiOx: H с нанокластерамикремния //Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50.Вып. 2. С. 212–217. [Engl.Transl.:Terekhov V.A.,Terukov E.I., Undalov Yu.K., Parinova E.V., Spirin D.E., Seredin P.V., Minakov D.A., Domashevskaya E.P. Composition and opticalproperties of amorphous SiOx: H films with silicon nanoclusters //Semiconductors. 2016. V. 50. N 2. P. 212–216].
  47. Lin H.,Imakita K., Gui S.C.R., Fujii M. Near infrared emission frommolecule-like silver clusters confined in zeolite A assisted by thermalactivation //Journal of Applied Physics. 2014. V. 116. Article013509. P. 1–5.
  48. Liu J., Liang Y., Yan S., ChenD., Miao S., Xie F., Wang W. Low-energy visible lightexcitable Bi2+-activated near-infrared persistent phosphors for information encryption application //Journal of Luminescence. 2022. V. 251. Article 119243. P. 1–8.
  49. Wang Y., Lei W., Wu S., Niu F., He Q., Shen Y., Li F. Conversion of Bi3+to Bi2+in Bi-doped CaSnO3ceramic phosphors and trap energy-upconversion of Bi2+-doped CaSnO3for bio-imaging //CeramicsInternational. 2023. V. 49. P. 14426–14431.
  50. Garzon-Roman A., Zuniga-Islas C.,Cuate-Gomez D.H., Romero-Lopez A., Rabanal M.E., Calleja-Arriaga W. Morphological, opticaland electrical study of PS/Si-ncs heterostructures with an unusual photovoltaiceffect //Ceramics International. 2025. V. 51. N 6.P. 8093–8106.
  51. Индутный И.З., Михайловская Е.В., Шепелявый П.Е., Данько В.А. Видимая фотолюминесценция селективно травленных пористых nc-Si-SiOx-структур //Физика и техника полупроводников.2010. Т. 44. Вып. 2. С. 218–222. [Engl.Transl.:Indutnyi I.Z., Michailovska E.V., Shepeliavyi P.E., Dan’ko V.A. Visible photoluminescenceof selectively etched porous nc-Si-SiOxstructures //Semiconductors. 2010.V. 44. N 2. P. 206–210].
  52. Rong gui S. chu,Imakita K., Fujii M., Bai Z., Hayashi S. Near infraredluminescence from bismuth-doped nanoporous silica thin films //Journal ofApplied Physics. 2013. V. 114. Article 033524. P. 1–5.
  53. Ronggui S. chu, Imakita K., Fujii M., Bai Z., HayashiS. Luminescence properties of Bi-doped oxidized porous silicon thin films //Optical Materials. 2012. V. 34. N 7. P. 1161–1164.
  54. Zyubin A.S., Glinka Y.D., Mebel A.M., Lin S.H., Hwang L.P.,Chen Y.T. Red and near-infrared photoluminescence from silica-based nanoscale materials:Experimental investigation and quantum-chemical modeling //The Journal of ChemicalPhysics. 2002. V. 116. N 1. P. 281–294.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025