ОХНМФизика и химия стекла Glass Physics and Chemistry

  • ISSN (Print) 0132-6651
  • ISSN (Online) 3034-6134

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТНЫХ ПОРИСТЫХ СТЕКОЛ, АКТИВИРОВАННЫХ ВИСМУТОМ И СЕРЕБРОМ

Код статьи
S3034613425030018-1
DOI
10.7868/S3034613425030018
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 51 / Номер выпуска 3
Страницы
296-312
Аннотация
Синтезированы висмутоодержащие композиционные материалы с переменным содержанием серебра путем пропитки матриц из силикатных пористых стекол в подкисленных водно-солевых растворах Bi(NO)·5HO в присутствии AgNO с их последующей тепловой обработкой при 650 или 870 °C и исследованы их люминесцентные свойства. Установлено, что синтезированные материалы обладают фотолюминесценцией в широком спектральном диапазоне (220–900 нм) благодаря присутствию различных активных центров (Bi, Bi, Bi ионы, димеры висмута, висмутовые активные центры, ассоциированные с кремнием, Ag ионы, нанокластеры серебра, кремниевые кислородно-дефицитные центры, =Si центры).
Ключевые слова
композиционные материалы высококремнеземное пористое стекло активные центры висмута активные центры серебра фотолюминесценция
Дата публикации
01.03.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
20

Библиография

  1. 1. Dan H.K., Phan A.-L., Ty N.M., Zhou D., Qiu J. Optical bandgaps and visible/near-infrared emissions of Bi-doped (n = 1, 2, and 3) fluoroaluminosilicate glasses via Ag-K ions exchange process // Opt. Mater. 2021. V. 112. Article 110762. P. 1–8.
  2. 2. He X., Xu X., Shi Y., Qiu J. Effective enhancement of Bi near-infrared luminescence in silicogermanate glasses via silver–sodium ion exchange // Journal of Non-Crystalline Solids. 2015. V. 409. P. 178–182.
  3. 3. Deska R., Sadecka K., Olesiak-Bańska J., Matczyszyn K., Pawlak D.A., Samoć M. Nonlinear plasmonics in eutectic composites: Second harmonic generation and two-photon luminescence in a volumetric Bi2O3-Ag metamaterial // Applied Physics Letters. 2017. V. 110. Art. 031102. P. 1–5.
  4. 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 & structural studies of Ag: Alkali Bismuth Silicate glasses // Optic. 2023. V. 273. Article 170474. P. 1–10.
  5. 5. Daniel R.I., Govindaraj R., Bhargav P.B., Chauhan A.K., Ramasamy P. Fabrication of cost-effective lead-free silver bismuth iodide based mesoscopic Rudorffite solar cells // Journal of Solid State Chemistry. 2024. V. 340. Article 125026. P. 1–9.
  6. 6. Banupriya M., Manimekalai A., Umadevi M., Parimaladevi R., Sagadevan S. Ecologically sustainable removal of pharmaceuticals: A mechanistic study of bismuth sulfide-graphene oxide/silver nanocomposite // Environmental Research. 2024. V. 250. Article 118482. P. 1–10.
  7. 7. Subramani S., Ramasamy A.K., Rajamanickam G., Chauhan A.K., Perumalsamy R. Fabrication of ambient processed carbon-based inorganic silver bismuth iodide solar cells without any expensive hole transport materials // Inorganic Chemistry Communications. 2024. V. 159. Article 111838. P. 1–9.
  8. 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. 9. Singh S.P., Karmakar B. Single-Step Synthesis and Surface Plasmons of Bismuth-Coated Spherical to Hexagonal Silver Nanoparticles in Dichroic Ag: Bismuth Glass Nanocomposites // Plasmonics. 2011. V. 6. P. 457–467.
  10. 10. Xu B., Chen P., Zhou S., Hong Z., Hao J., Qiu J. Enhanced broadband near-infrared luminescence in Bi-doped glasses by co-doping with Ag // Journal of Applied Physics 2013. V. 113. Article 183506. P. 1–6.
  11. 11. Gao X., Shang Y., Liu L., Fu F. Multilayer ultrathin Ag-δ-BiO with ultrafast charge transformation for enhanced photocatalytic nitrogen fixation // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. V. 533. P. 649–657.
  12. 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 nanopowders BiO // Nano-Structures & Nano-Objects. 2024. V. 39. Article 101319. P. 1–15.
  13. 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 Dots for UV Photodetection // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. P. 9141–9150.
  14. 14. Aslam S., Mustafa F., Ali J. Tuning of defect mediated charge transport in pristine AgBiS nanocrystals probed via temperature dependent photoluminescence (TDPL) emission spectroscopy // Materials Science in Semiconductor Processing. 2025. V. 190. Article 109351. P. 1–8.
  15. 15. Ohkura T., Fujimoto Y., Nakatsuka M. Local Structures of Bismuth Ion in Bismuth-Doped Silica Glasses Analyzed Using Bi L X-Ray Absorption Fine Structure // J. Am. Ceram. Soc. 2007. V. 90. N11. P. 3596–3600.
  16. 16. Xu D, Liu Y., Zhang S., Wang Z., Yang W., Guo Q., Chen J. Growth mechanism and SERS effect of Ag nanowire arrays prepared by solid-state ionics method // Solid State Sciences. 2024. V. 157. Article 107718. P. 1–10.
  17. 17. Zyryanov V.V. Mechanically assisted chemical interaction of doped bismuth oxide with silver // Solid State Ionics. 2022. V. 383. Article 115987. P. 1–5.
  18. 18. Daniel R.I., Govindaraj R., Bhargav P.B., Krishnan R.A., Chauhan AK., Ramasamy P. Improvement of power conversion efficiency of Pb-free Mesoscopic Rudorffite solar cells by fine-tuning Ag-Bi-I Rudorffite films through binary solvent engineering // Materials Science & Engineering B. 2025. V. 313. Article 117968. P. 1–15.
  19. 19. de Jong M., Meijerink A. Color tuning of Bi luminescence in barium borates // Journal of Luminescence. 2016. V. 170. P. 240–247.
  20. 20. Romanov A.N., Grigoriev F.V., Sulimov V.B. Estimation of Bi monocation crystal ionic radius by quantum chemical simulation // Computational and Theoretical Chemistry. 2013. V. 1017. P. 159–161.
  21. 21. Образцов П.А., Нащекин А.В., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Панфилова А.В., Брунков П.Н. Формирование наночастиц серебра на 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 Silicate Glass Surface after Ion Exchange // Physics of the Solid State. 2013. V. 55. N 6. P. 1272–1278.
  22. 22. Sadecka K., Toudert J., Surma H.B., Pawlak D.A. Temperature and atmosphere tunability of the nanoplasmonic resonance of a volumetric eutectic-based BiO-Ag metamaterial // Optics Express. 2015. V. 23. N 15. P. 19098–19111.
  23. 23. Antropova T., Girsova M., Anfimova I., Drozdova I., Polyakova I., Vedishcheva N. Structure and spectral properties of the photochromic quartz-like glasses activated by silver halides // J. Non- Cryst. Solids. 2014. V. 401. P. 139–141.
  24. 24. Патент 2605711. Способ изготовления люминесцентного висмут-содержащего кварцоидного материала на основе высококремнеземного пористого стекла / Антропова Т.В., Гирсова М.А., Анфимова И.Н., Головина Г.Ф., Куриленко Л.Н., Фирстов С.В.; заявитель и патентообладатель Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова. № 2015117713/05; заявл. 12.05.2015; опубл. 27.12.2016, Бюл. № 36. 17 с.: ил.
  25. 25. Antropova T.V., Drozdova I.A. Sintering of the optical porous glasses // Optica Applicata. 2003. V. 33. N 1. P. 13–22.
  26. 26. Skuja L. Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide // Journal of Non-Crystalline Solids. 1998. V. 239. N 1–3. P. 16–48.
  27. 27. Sokolov V.O., Sulimov V.B. Theory of Twofold Coordinated Silicon and Germanium Atoms in Solid Silicon Dioxide // Phys. Stat. Sol. B. 1994. V. 186. N 3. P. 185–198.
  28. 28. Зацепин А.Ф. Статика и динамика возбужденных состояний кислородно-дефицитных центров в SiO // Физика твердого тела. 2010. Т. 52. Вып. 6. С. 1104– 1114. @@ Zatsepin A.F. Statics and dynamics of excited states of oxygen-deficient centers in SiO // Physics of the Solid State. 2010.V. 52. N 6. P. 1176–1187.
  29. 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 световодах из 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 bismuth centres in silica fibres containing no other dopants // Quantum Electronics. 2010. V. 40. N 7. P. 639–641.
  30. 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. Люминесцентные свойства висмутовых активных ИК центров в стеклах на основе SiO в 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 bismuth centres in SiO-based glasses in the UV to near-IR spectral region // Quantum Electronics. 2015. V. 45. N 1. P. 59–65.
  31. 31. Devi N.M., Lynrah S.A., Rajkumari R., Singh N.K. Effect of Ag decoration on the photodetection of catalyst-free synthesized vertically oriented SiO NW arrays // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 327. Article 112744. P. 1–10.
  32. 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 // Optical Materials. 2014. V. 36. N 4. P. 753–759.
  33. 33. Belharouak I., Weill F., Parent C., Flem G.L., Moine B. Silver particles in glasses of the ‘AgO– ZnO–PO’ system // Journal of Non-Crystalline Solids. 2001. V. 293–295. P. 649–656.
  34. 34. Cao R., Zhang F., Liao C., Qiu J. Yellow-to-orange emission from Bi-doped RF (R = Ca and Sr) phosphors // Opt. Express. 2013. V. 21. N 13. P. 15728–15733.
  35. 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 for optoelectronics applications // Journal of Non-Crystalline Solids. 1999. V. 245. P. 122–128.
  36. 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 borosilicate glass // Optical Materials. 2020. V. 100. Article 109618. P. 1–6.
  37. 37. Kenyon A.J., Trwoga P.F., Pitt C.W. The origin of photoluminescence from thin films of silicon-rich silica // Journal of Applied Physics. 1996. V. 79. N 12. P. 9291–9300.
  38. 38. Trave E., Cattaruzza E., Gonella F., Calvelli P., Quaranta A., Rahman A., Mariotto G. Ag clustering investigation in laser irradiated ion-exchanged glasses by optical and vibrational spectroscopy // Applied Surface Science. 2012. V. 258. N 23. P. 9399–9403.
  39. 39. Wang W., Jiang C. Anomalous photoemission in bismuth-doped amorphous solid via selective reduction and energy transfer mechanism investigation // Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 820. Article 153169. P. 1–7.
  40. 40. Rabin I., Schulze W., Ertl G., Felix C., Sieber C., Harbich W., Buttet J. Absorption and fluorescence spectra of Ar-matrix-isolated Ag3 clusters // Chemical Physics Letters. 2000. V. 320. P. 59–64.
  41. 41. Tikhomirov V.K., Rodríguez V.D., Kuznetsov A., Kirilenko D., Van Tendeloo G., Moshchalkov V.V. Preparation and luminescence of bulk oxyfluoride glasses doped with Ag nanoclus- ters // Optics Express. 2010. V. 18. N 21. P. 22032–22040.
  42. 42. Veber A., Cicconi M.R., Puri A., de Ligny D. Optical Properties and Bismuth Redox in Bi- Doped High-Silica Al–Si Glasses // The Journal of Physical Chemistry C. 2018. V. 122. P. 19777–19792.
  43. 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 sonodynamic therapy // Nanoscale Research Letters. 2014. V. 9. Article 463. P. 1–7.
  44. 44. Образцов А.Н., Тимошенко В.Ю., Окуши Х., Ватанабе Х. Сравнительное исследование оптических свойств пористого кремния и оксидов SiO и SiO // 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 porous silicon and the oxides SiO and SiO // Semiconductors. 1999. V. 33. N 3. P. 323–326.
  45. 45. Lin G.-R., Lin C.-J., Lin C.-K., Chou L.-J., Chueh Y.-L. Oxygen defect and Si nanocrystal dependent white-light and near-infrared electroluminescence of Si-implanted and plasma-enhanced chemical-vapor deposition-grown Si-rich SiO // Journal of Applied Physics. 2005. V. 97. Article 094306. P. 1–8.
  46. 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. Состав и оптические свойства аморфных пленок a-SiOx: H с нанокластерами кремния // 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 optical properties of amorphous SiOx: H films with silicon nanoclusters // Semiconductors. 2016. V. 50. N 2. P. 212–216.
  47. 47. Lin H., Imakita K., Gui S.C.R., Fujii M. Near infrared emission from molecule-like silver clusters confined in zeolite A assisted by thermal activation // Journal of Applied Physics. 2014. V. 116. Article 013509. P. 1–5.
  48. 48. Liu J., Liang Y., Yan S., Chen D., Miao S., Xie F., Wang W. Low-energy visible light excitable Bi-activated near-infrared persistent phosphors for information encryption application // Journal of Luminescence. 2022. V. 251. Article 119243. P. 1–8.
  49. 49. Wang Y., Lei W., Wu S., Niu F., He Q., Shen Y., Li F. Conversion of Bi to Bi in Bi-doped CaSnO ceramic phosphors and trap energy-upconversion of Bi-doped CaSnO for bio-im- aging // Ceramics International. 2023. V. 49. P. 14426–14431.
  50. 50. Garzon-Roman A., Zuniga-Islas C., Cuate-Gomez D.H., Romero-Lopez A., Rabanal M.E., Calleja-Arriaga W. Morphological, optical and electrical study of PS/Si-ncs heterostructures with an unusual photovoltaic effect // Ceramics International. 2025. V. 51. N 6. P. 8093–8106.
  51. 51. Индутный И.З., Михайловская Е.В., Шепелявый П.Е., Данько В.А. Видимая фотолюминесценция селективно травленных пористых nc-Si-SiO-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 photoluminescence of selectively etched porous nc-Si-SiOx structures // Semiconductors. 2010. V. 44. N 2. P. 206–210.
  52. 52. Rong gui S. chu, Imakita K., Fujii M., Bai Z., Hayashi S. Near infrared luminescence from bismuth-doped nanoporous silica thin films // Journal of Applied Physics. 2013. V. 114. Article 033524. P. 1–5.
  53. 53. Rong gui S. chu, Imakita K., Fujii M., Bai Z., Hayashi S. Luminescence properties of Bi-doped oxidized porous silicon thin films // Optical Materials. 2012. V. 34. N 7. P. 1161–1164.
  54. 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 Chemical Physics. 2002. V. 116. N 1. P. 281–294.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека