Síntesis, caracterización y estudio de nanocristales fotoluminiscentes de YPO₄, GdPO₄ y LaPO₄ impurificados con iones de tierras raras

Abstract

Se han sintetizado nanocristales luminiscentes de ortofosfatos de tierras raras (YPO₄, GdPO₄ y LaPO₄), dopados con Eu³⁺ y Tb³⁺, mediante la síntesis hidrotermal asistida por microondas. Las muestras obtenidas presentan buenas propiedades estructurales y ópticas, demostrando la viabilidad de este método de síntesis para controlar el tamaño de las nanopartículas y la fase cristalina, con aplicaciones potenciales en el ámbito de la óptica y la bioimagen. Las nanopartículas obtenidas presentan tamaños que oscilan entre 10 y 160 nm. El análisis estructural realizado mediante difracción de rayos X (DRX) reveló una buena cristalinidad de las fases, aunque se observó la presencia de fases secundarias no buscadas, principalmente en el sistema GdPO₄. La espectroscopía de luminiscencia permitió identificar y comparar las transiciones de los iones Eu ³⁺ y Tb³⁺, destacando diferencias en la emisión dependiendo de la fase cristalina, ya sea monacita o xenotima. Los tiempos de vida de luminiscencia obtenidos confirman la adecuada incorporación de los dopantes en las redes mencionadas. Además, el análisis de los espectros Raman mostró diferencias claras entre los compuestos, corroborando la utilidad de la técnica para diferenciar la estructura cristalina de las fases monacita y xenotima.

Luminescent nanocrystals of rare earth orthophosphates (YPO₄, GdPO₄, and LaPO₄), doped with Eu³⁺ and Tb³⁺ ions, have been synthesized through microwave-assisted hydrothermal synthesis. The obtained samples exhibit good structural and optical properties, demonstrating the viability of this synthesis method to control the nanoparticle size and crystal phase, with potential applications in optics and bioimaging. The nanoparticles obtained have sizes ranging from 10 to 160 nm. Structural analysis conducted via X-ray diffraction (XRD) revealed good phase crystallinity, although the presence of unintended secondary phases was observed, primarily in the GdPO₄ system. Luminescence spectroscopy allowed for the identification and comparison of the transitions of Eu³⁺ and Tb³⁺ ions, highlighting emission differences depending on the crystalline phase, whether monazite or xenotime. The measured luminescence lifetimes confirm the proper incorporation of the dopants into the mentioned hosts. Additionally, Raman spectroscopy analysis showed clear differences between the compounds, corroborating the utility of the technique to differentiate the cristal structure of monazite and xenotime phases.