三维有序大孔材料(3DOM)的研究近年来发展十分迅速,该种材料不但具有孔径尺寸单一、孔结构在三维空间内有序排列的特点,而且其孔径尺寸都在50 nm以上(最大可达几个微米),弥补了以往小孔结构分子筛及介孔材料难以让大分子进入空腔的缺点,可广泛应用在催化剂载体、过滤、分离、电池和热阻材料等方面。具有近红外及上转换发光的稀土离子掺杂三维有序大孔材料在生物荧光检测、生物成像、太阳能电池及光通讯等领域具有潜在的应用价值,但由于稀土离子掺杂三维有序大孔材料存在表面缺陷多及稀土离子吸收弱等问题,因而其发光效率较低,这在一定程度上限制了其实际应用。本论文制备了稀土离子掺杂的三维有序大孔CeO2发光材料,研究了 CeO2三维有序大孔材料的纳米结构及其光子带隙特性对稀土离子上转换和近红外发光性质的影响。论文采用自组装方法和溶胶凝胶法制备了稀土 Yb3+/Er3+掺杂的三维有序大孔CeO2发光材料,研究了三维有序大孔CeO2材料中稀土 Yb3+浓度对其上转换发光的影响。结果表明,CeO2:0.005Er3+,xYb3+(x=0、0.005、0.02、0.05、0.1)三维有序大孔样品中,随着Yb3+离子浓度的增加,样品的红光增强,绿光减弱,其原因是Er3+离子之间的交叉弛豫。同时,探讨了 3DOM的纳米结构对于其上转换发光性质的影响,在3DOM CeO2:Er3+,Yb3+样品中的红色、绿色的上转换发光强度比值和粉末样品相比明显增大,其原因是3DOM样品具有较大的比表面积,其表面吸附了更多的羟基,在羟基的辅助下4I11/2→4113/2无辐射跃迁增强,导致红光发射能级的电子密度增大引起的。论文研究了Yb3+/Er3+/Tm3+掺杂的三维有序大孔CeO2材料中光子带隙特性对稀土Er3+和Tm3+离子的上转换发光性质及机理的影响。研究发现,通过光子带隙抑制稀土 Er3+离子的红色上转换发射可以增强Tm3+的蓝色和近红外的上转换发光,这是由于光子带隙增强Er3+与Tm3+离子之间的能量传递引起的。同时,研究发现,光子带隙抑制Tm3+离子的蓝色上转换发光,其近红外及红色的上转换发光增强,这是由于光子带隙调控引起Tm3+离子激发态电子在激发态能级的重新分布引起的。最后,研究了 Er3+/Yb3+掺杂三维有序大孔CeO2材料的光子带隙对其近红外发光性质的影响。结果表明,当光子带隙位置与Er3+离子的绿色或者红色的上转换发光波长重叠时,相应的上转换发光受到抑制,而其近红外发光得到增强,这是由于光子带隙抑制绿色或者红色的上转换发光引起绿色或者红色发光能级的电子弛豫到近红外发光能级,导致了其近红外发光的增强。同时,研究了 Er3+/Yb3+掺杂CeO2三维有序大孔材料中光子带隙调控532 nm激发光的激发效率对其近红外发光的影响;结果表明,激发光波长位于光子带隙边缘位置时,Er3+/Yb3+掺杂CeO2 3DOM材料的近红外发光性质增强,这是由于光子带隙的慢光子效应引起的。