稀土离子尺寸驱动格位选择占据

近期，为了应对全光谱照明、宽色域显示及高能射线探测等技术的发展需求，开发具有合适发射波长、发射峰宽和优越发射热稳定性的高效无机发光材料备受关注。稀土离子特别是具有4f-5d跃迁性质的Ce³⁺、Eu²⁺离子所激活的无机复合氧化物作为一类重点对象受到广泛研究。中山大学化学学院梁宏斌教授（点击查看介绍）课题组近几年来立足于北京同步辐射光源实验平台，与国内外诸多知名专家合作已取得一定成果（Chem. Mater., 2014, 26, 3709-3715; Chem. Mater., 2016, 28, 2834-2843; Inorg. Chem., 2016, 55, 10415-10424; Angew. Chem., 2017, 129, 10493-10497; Inorg. Chem., 2017, 56, 12476-12484; Inorg. Chem., 2018, 57, 7090-7096.）。考虑到稀土离子在多格位基质中的占据将极大影响荧光粉的发光性质，为了进一步开发性能更优的荧光粉，针对稀土离子占据的影响因素的基础研究就显得尤为重要。

近期，梁宏斌教授课题组采用具有两种不同Ca²⁺格位的Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂化合物作为基质，选择具有格位环境决定的发光性质的Ce³⁺和Eu³⁺作为格位探针离子。他们对合成的基质形貌、晶体结构、电子结构做了仔细研究。对于掺杂样品，使用XRD表征和Rietveld结构精修来研究Ce³⁺和Eu³⁺在两个不同Ca²⁺格位的占据情况。结果表明由于掺杂离子对衍射数据影响较小，结构精修很难得到可靠的占据结果。所以他们只能通过分析稀土离子的光谱来研究格位占据性质。

从低掺杂Ce³⁺和Eu³⁺样品的光谱表征结果，作者分别观察到了两种发光性质；进一步借助稀土光谱理论和复杂晶体化学键理论，把不同发光中心分别归属到不同Ca²⁺离子格位。接下来通过对变浓度样品发射光谱的研究，他们最终得到随着掺杂浓度的增加，Eu³⁺离子倾向于占据比较小的Ca²⁺(1)格位，而Ce³⁺离子倾向于占据比较大的Ca²⁺(2)格位。作者认为这样不同的离子占据倾向主要是由于Ce³⁺和Eu³⁺离子具有不同的离子半径决定的。后续会对其他可能的影响因素，例如掺杂离子电荷、竞争阳离子种类等做深入研究。这些结果将为荧光粉的设计及精确调光工作做出指导。

这一成果近期发表在Inorganic Chemistry 上，文章的通讯作者是中山大学化学学院梁宏斌教授，第一作者是中山大学化学学院博士生周炜杰。

该论文作者为：Weijie Zhou, Yiyi Ou, Xiaohui Li, Mikhail G. Brik, Alok M. Srivastava, Ye Tao, and Hongbin Liang*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Luminescence and Cationic-Size-Driven Site Selection of Eu³⁺ and Ce³⁺ Ions in Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂.

Inorg. Chem., 2018, 57, 14872-14881, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b02639

导师介绍

梁宏斌

https://www.x-mol.com/university/faculty/15317