Synthesis, Structures, and Optical Properties of Zeolite-ABW Type Gallium Titanates, AGaTiO4 (A=Rb and Cs)
- 주제어 (키워드) Solid-state synthesis , Zeolite ABW-type , Crystal structure , Gallium-Titanate solid solution , Rietveld refinement , Cation effect , Doping , Photoluminescence , Quantum yield; 고체상 합성 , ABW-형 제올라이트 , 결정 구조 , 갈륨-티타늄 고용체 산화물 , 리트벨트 정련법 , 양이온 효과 , 도핑 , 광발광 특성 , 양자 효율
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 옥강민
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076948
- UCI I804:11029-000000076948
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
Based on a specific group of materials, the tridymites, with the chemical formula ABCO4 (A=Alkali metal ions; B=trivalent cations; and C=Si, Ge, and Ti), the Zeolite-ABW type gallium-titanates, AGaTiO4 (A=Rb and Cs) were synthesized through solid state-reaction. The crystal structures of AGaTiO4 were investigated using the Rietveld refinement with powder X-ray diffraction data, confirming crystallization in the same orthorhombic space group, Pmab. Both compounds, AGaTiO4 (A=Rb, Cs), exhibit a three-dimensional framework with porosity, a characteristic property of Zeolites. The frameworks are composed of disordered corner-sharing (Ga/Ti)O4 tetrahedra, featuring large eight-ring channels oriented along the c-axis. These anionic framework channels contain alkali metals to maintain charge balance. Photoluminescence properties of RbGaTiO4 were also studied, employing transition metal V4+ as a dopant in the Ti4+ site. The Investigation revealed that RbGaTi1-xVxO4 (0.01 ≤ x ≤ 0.05) emits pale-yellow light under an excitation wavelength of 354 nm. Additionally, Rb+ ion was doped to CsGaTiO4 to observe the structural change and the cation effect within the framework.
more초록
화학식 ABCO4 (A=제 1 족 알칼리 금속 이온; B 와 C =제 13 족, 14 족 또는 4 가의 금속 이온)를 갖는 광물로 알려진 트리디마이트의 구조를 토대로, 이와 동일한 구조를 갖는 제올라이트 ABW-형의 AGaTiO4 (A=Rb, Cs)를 고상법을 통하여 850~1050℃ (RbGaTiO4 의 경우 850℃, CsGaTiO4 의 경우 1050℃)에서 성공적으로 합성하였다. AGaTiO4 (A=Rb, Cs)의 화학식을 갖는 갈륨-티타늄 산화물들은 분말 X-선 회절 분석(PXRD)과 리트벨트 구조 정련법을 통해 사방정계의 대칭 Pmab 공간군으로 동일하게 결정화됨을 확인하였다. 두 화합물 모두 제올라이트 특유의 3 차원-다공성 골격구조를 보이며, 이는 무질서화된 (Ga/Ti)O4 의 사면체가 꼭짓점을 공유하는 구조임을 확인하었다. 해당 골격은 b 축을 따라 팔각형의 통로를 형성하였으며, 알칼리 금속 이온들이 전하 균형을 맞추기 위해 그 내부를 점유하고 있다. 분광학적 특성이 보고되지 않은 CsGaTiO4 와 함께 새로이 합성된 RbGaTiO4 에 대해 자외선-가시광선 분광법, 푸리에-변환 적외선 분광법과 전자 구조 계산, 열 중량 분석법을 진행함으로써 에너지 띠 간격과 열안정성 등의 물성을 분석하였다. 추가적으로 RbGaTiO4 의 제올라이트 골격을 이루는 사면체 단위 내부의 Ti4+자리에 같은 산화수를 갖는 전이 금속인 V4+을 도핑하여 광발광 (PL)을 관찰하고자 하였으며, RbGaTiO4:V 4+는 354nm 의 파장을 갖는 빛을 조사하자 옅은 연두-노란색의 광발광을 보이는 것을 확인하였다. 나아가 CsGaTiO4 를 주형으로 고상법을 통해 Rb 을 도핑하여 이에 따른 구조의 변화 양상을 관찰하고, 이를 분석한 결과에 대해 논의하고자 한다.
more목차
1. Introduction 11
2. Experimental section 13
2.1. Materials 13
2.2. Synthesis 13
2.3. Measurements 16
3. Results and discussions 20
3.1. Structural Descriptions 20
3.2. Ultraviolet-visible (UV-vis) diffuse reflectance spectroscopy 38
3.3. Infrared (IR) spectroscopy 40
3.4. Thermogravimetric analysis (TGA) 41
3.5. Density functional theory (DFT) calculation 44
3.6. Photoluminescence (PL) spectroscopy 46
4. Conclusion 50
5. References 52
