Вплив розміру нанокристалів на процеси гасіння люмінесценції CeO2-x:Eu3+ перекисом водню

Abstract

Перекис водню є сполукою, яка відіграє надзвичайно важливу роль як у технічних застосуваннях, так і в процесах життєдіяльності живих організмів. Саме останній чинник суттєво збільшує інтерес до розробки новітніх високоефективних методів реєстрації слідових концентрацій цієї сполуки. Зважаючи на це, об’єктом досліджень є нанокристали CeO2-x:Eu3+, які є перспективними як сенсори перекису водню завдяки своїм люмінесцентним властивостям, залежність яких від концентрації перекису у водних розчинах є предметом цього дослідження. Метою роботи було встановлення впливу розміру частинок на процеси взаємодії нанокристалів з перекисом водню. В результаті проведення дослідження було показано, що збільшення концентрації перекису водню викликає розмірно залежне зменшення інтенсивності люмінесцентного сигналу іонів Eu3+ та перерозподіл інтенсивності смуг 5D0 → 7F1 та 5D0 → 7F2, що дозволяє використовувати нанокристали CeO2-x:Eu3+ як люмінесцентні сенсори. Таким чином в роботі встановлено перспективність використання нанокристалів CeO2-x:Eu3+ для люмінесцентного детектування мілімолярних концентрацій H2O2, показано залежність процесів гасіння люмінесценції від розміру наночастинок та запропоновано фізичні уявлення стосовно механізмів детектування.

Hydrogen peroxide is a substance that plays an extremely important role both in technical applications and in the physiology of living organisms. The last fact significantly increases the interest in the development of new highly efficient methods for recording trace concentrations of this substance. In view of this, the object of research is CeO2-x:Eu3+ nanocrystals, which are promising as hydrogen peroxide sensors due to their luminescent properties, the dependence of which on the peroxide concentration in aqueous solutions is the subject of this study. The aim of the work was to establish the effect of particle size on the processes of interaction of nanocrystals with hydrogen peroxide. As a result of the study, it was shown that an increase in the concentration of hydrogen peroxide causes size dependent decrease in the intensity of the luminescent signal of Eu3+ ions and a redistribution of the intensity of the 5D0 → 7F1 and 5D0 → 7F2 bands, which allows the use of CeO2-x:Eu3+ nanocrystals as luminescent sensors. Thus, the work establishes the prospects for using CeO2-x:Eu3+ nanocrystals for luminescent detection of millimolar concentrations of H2O2, shows the dependence of H2O2 induced luminescence quenching processes on the size of nanoparticles, and proposes physical ideas regarding the detection mechanisms.