精品干货：光致发光谱如何测试和分析？

前言：

光致发光是用光激发物体引起的发光现象。这是发光现象中研究最多，应用最广的领域，是了解其他发光现象的基础。它包括光吸收、能量传递及光发射等过程，这些过程可以提供有关材料结构、成分及环境原子排列的信息。目前，光致发光技术已成为研究固体中电子过程的重要手段，由于它无须对样品表面进行加工，对样品厚度也没有什么要求。因此，它是一种无破坏性的检测手段，特别适合于研究小样品。

F-4500和F-7000仪器设备操作流程基本一致，流程主要包括压片>发射谱图的扫描>激发谱图的扫描>发射谱图的反推等，下面是具体实验操作流程。

一、样品的制备

如左图所示，将石英玻璃片（右边）小心的平铺在压片模具的凹槽（中间）中，然后将研磨好的待测样品均匀地分散在玻璃片上，最后将旋钮（左边）盖在凹槽上，制作成如右图所示的装有样品的模具，此操作注意旋紧旋钮时应小心谨慎，以免压坏玻璃片。

二、固体支架的安装

如左图所示，将压片模具中样品暴露在外的一面对准光源孔放置在荧光固体支架上。如中图所示，取下F-4500中固定荧光液体支架的螺丝，顺利取下荧光液体支架，之后将荧光固体支架固定在F-4500的仪器上，注意要将荧光固体支架的光源孔对准F-4500的光源方向。待固体支架安装好以后，准备对待测样品进行固体荧光的测试。

三、发射光谱的扫描

打开F4500主机电源，待灯源全部显示正常开启后，点击“FL solutions”快捷方式，打开仪器工作程序的窗口。等待程序窗口的页面都显示为开启状态(开启时图标未呈现灰色，都呈现彩色)，可进行荧光测试的操作。

点击“Method”图标，在打开的“Analysis Method”框图中，点击“General”图标，选择“Mesurenent”中的“Wavelength scan”（图一），点击“Insrument”，选择“Scan mode”中的“Emission”，固定“EX WL”（激发波长）为某一整数值X（只能是200-900），则“EM Start WL”（开始发射扫描时的波长）为X+20，“EM End WL”（结束发射扫描时的波长）为2X-20，本教程所设定的参数如图二所示。并且将狭缝宽度中发射和激发的狭缝宽度都调整成5.0，电压调整成400，其余数值采用默认值。最后，点击“Report”，将“Report Date start”设置为320-580（图三）。

参数设置好以后，点击确定，然后点击“Mesure”图标，开始进行发射光谱的扫描，仪器结束扫描后将自动给出相应的测量参数，包括最大发射波长，以及对应的荧光强度（见下图）。扫描的数据不仅可以用来分析发射谱图，还可以根据发射谱图的最大发射波长反推激发谱图的相应数据（推导方式见四）。

如果发射谱图的光谱强度不合适，可以调整“Emission”中的“EXWL”，即激发波长，也可以调整狭缝宽度以及电压。如果发射谱图的光谱强度依然不合适，在进行激发谱图的扫描操作后，可再一次反推发射峰。

四、激发光谱的扫描

点击“Method”图标，在打开的“Analysis Method”框图中，点击Instrument>Scan mode>Excitation，将“EMWL”设定为上一步操作中所扫描出最大的发射波长，“EX Start WL”设定为为“EMWL”的一半，“EX End WL”设定得比“EMWL”小一些，狭缝宽度和电压保持步骤三中操作所设定的默认值。本教程所设定的参数如图一所示。最后，点击“Report”，将“Report Date start”设置为209-410（图二）。点击确定，退出页面后点击“Mesure”，开始进行扫描。

仪器结束扫描后将自动给出相应的测量参数，包括最大激发波长，以及对应的荧光强度（见下图）。扫描的数据不仅可以用来分析激发谱图，还可以根据激发谱图中最大的激发波长倒推发射图谱（详见五）。

五、发射谱图的反推

点击“Method”图标，在打开的“Analysis Method”框图中，点击Instrument>Scanmode>Emission，将“EX WL”设定为上一步操作中所扫描出最大的激发波长，同样“EM Start WL”（开始发射扫描时的波长）为X+20，“EM End WL”（结束发射扫描时的波长）为2X-20，狭缝宽度和电压保持上一步操作所设定的默认值，本教程所设定的参数如图一所示。最后，点击“Report”，将“Report Date start”设置为357-654（图二）。点击确定，退出页面后点击“Mesure”，开始进行扫描。仪器结束扫描后将自动给出相应的测量参数，最大发射波长，以及对应的荧光强度（见下图）。扫描的数据可作为最终发射图谱使用。

六、文件的保存

将反推所得出的EX和EM谱图的文件分别另存为*.FDS和*.TXT两种格式，*.FDS格式可采用荧光软件打开，*.TXT格式可进行origin绘图操作。

七、数据的处理

使用origin打开上述所保存的*.TXT文件，画出发射光谱和激发光谱的光谱叠加图，初步分析实验数据，实验作图如下图所示。由于光致发光遵循斯多克斯定律，即由物体所发射的波长（发射波长，黑线）总是大于激发辐照的波长（激发波长，红线），并且发射的能量始终小于吸收的能量（如下图所示）。

八、数据的分析（针对光催化过程）

物质在光的激励下，电子从价带跃迁至导带，并在价带上留下空穴，电子和空穴的复合，将导致光致发光，进而形成不同波长光的强度或能量分布的光谱图。光致发光过程包括荧光发光和磷光发光。光致发光的峰越强的话，离开导带并与空穴发生复合的电子越多，产生的光子能量越多，进而说明电子和空穴的复合率越高，即两者分离效率越低。

如下图所示，样品1，2，3中，发光强度的大小顺序为样品1>样品2>样品3，说明样品1光生电子和空穴复合后产生的光子最多，光致发光的强度最强，进而光催化活性最弱。

相关内容链接：

1. 光催化入门指南(1)：基本介绍

2. 光催化入门指南(2) ：光催化性能影响因素

3.  光催化入门指南(3)：光催化常用表征与测试

4. 光催化入门指南(4): 光催化改性方法及机理

5. 光催化入门指南(5): 理论计算在光催化方面的应用 - 能带篇