Abstract In this study, Ba2+–Sm3+ co-doped γ-Ce2S3 (abbreviated as γ-[Ba,Sm]-Ce2S3) red pigments were synthesized by the coprecipitation method with a composition of n(Ba)/n(Ce1−xSmx) = 0.1(molar ratio, x = 0, 0.01, 0.03, 0.05, and 0.10 mol). The corresponding vulcanized products, γ-[Ba,Sm]-Ce2S3 red pigments (abbreviated as S.Smx), were prepared using CS2 as a sulfur source at 850 °C for 150 min. The effect of the Sm3+ doping content on the phase composition, chromaticity, and thermal stability of Ba2+–Sm3+ co-doped γ-Ce2S3 was systematically investigated by FE-SEM, EDS, XRD, Raman spectroscopy, HR-TEM, XPS, CIELAB colorimetry, and TG-DTA. The results show that a pure γ phase can be obtained for S.Smx, when x is varied from 0 to 0.10 mol at 850 °C. With an increase in the Sm3+ content, the band gap of γ-[Ba,Sm]-Ce2S3 increased from 2.12 to 2.14 eV, which resulted in a color change from red to red-orange. The chromaticity value of the pigments increased from L∗ = 31.84, a∗ = 30.95, b∗ = 23.63, and C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) to L∗ = 34.63, a∗ = 35.36, b∗ = 38.88, C∗ = 52.55 (S.Sm0.01), which indicates that Ba2+–Sm3+ co-doping can effectively increase the chromaticity value. The S.Sm0.01 sample still exhibited a pure γ-phase and showed excellent red color (L∗ = 33.18, a∗ = 33.74, b∗ = 36.69, and C∗ = 49.84) after the heat treatment at 400 °C for 10 min in air, which indicated that Ba2+–Sm3+ co-doping successfully increased the thermal stability of the S.Sm0.01 red pigment. S.Sm0.01 has excellent chromaticity and good thermal stability, which expands the number of methods for preparing γ-Ce2S3 red pigment and shows a considerable market potential.

中文翻译：

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Ba2+–Sm3+共掺杂γ-Ce2S3红色颜料的制备、表征和性能

摘要 本研究采用共沉淀法合成了组成为 n(Ba)/n(Ce1−xSmx) 的 Ba2+–Sm3+ 共掺杂 γ-Ce2S3（简称 γ-[Ba,Sm]-Ce2S3）红色颜料。 = 0.1（摩尔比，x = 0、0.01、0.03、0.05 和 0.10 摩尔）。相应的硫化产品，γ-[Ba,Sm]-Ce2S3 红色颜料（缩写为 S.Smx），使用 CS2 作为硫源，在 850℃下 150 分钟制备。通过FE-SEM、EDS、XRD、拉曼光谱、HR-TEM、XPS、CIELAB比色法系统地研究了Sm3+掺杂量对Ba2+–Sm3+共掺杂γ-Ce2S3的相组成、色度和热稳定性的影响, 和 TG-DTA。结果表明，当 x 在 850 °C 下从 0 到 0.10 mol 变化时，S.Smx 可以获得纯 γ 相。随着 Sm3+ 含量的增加，γ-[Ba,Sm]-Ce2S3 的带隙从 2.12 增加到 2。14 eV，导致颜色从红色变为红橙色。颜料的色度值从 L∗ = 31.84、a∗ = 30.95、b∗ = 23.63、C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) 增加到 L∗ = 34.63、a∗ = 35.36、b∗ = 38.88 , C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍表现出纯 γ 相和优异的红色（L* = 33.18，a* = 33.74，b* = 36.69，和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。这导致颜色从红色变为红橙色。颜料的色度值从 L∗ = 31.84、a∗ = 30.95、b∗ = 23.63、C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) 增加到 L∗ = 34.63、a∗ = 35.36、b∗ = 38.88 , C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。这导致颜色从红色变为红橙色。颜料的色度值从 L∗ = 31.84、a∗ = 30.95、b∗ = 23.63、C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) 增加到 L∗ = 34.63、a∗ = 35.36、b∗ = 38.88 , C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。颜料的色度值从 L∗ = 31.84、a∗ = 30.95、b∗ = 23.63、C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) 增加到 L∗ = 34.63、a∗ = 35.36、b∗ = 38.88 , C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。颜料的色度值从 L∗ = 31.84、a∗ = 30.95、b∗ = 23.63、C∗ = 38.94 (S.Sm0.00) 增加到 L∗ = 34.63、a∗ = 35.36、b∗ = 38.88 , C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。C∗ = 52.55 (S.Sm0.01)，表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂可以有效提高色度值。S.Sm0.01 样品在 400 °C 下热处理后仍显示出纯 γ 相并显示出优异的红色（L* = 33.18、a* = 33.74、b* = 36.69 和 C* = 49.84）在空气中放置 10 分钟，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。84) 在空气中 400°C 热处理 10 分钟后，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。84) 在空气中 400°C 热处理 10 分钟后，这表明 Ba2+–Sm3+ 共掺杂成功地提高了 S.Sm0.01 红色颜料的热稳定性。S.Sm0.01具有优异的色度和良好的热稳定性，拓展了γ-Ce2S3红色颜料的制备方法数量，显示出相当大的市场潜力。