氧磷灰石中Ce3+离子可调的发光性质

最近，氧磷灰石化合物由于其出众的物理化学稳定性，良好的稀土离子容纳能力和合适的晶体场效应，而被用作稀土荧光粉的基质受到广泛的研究。该系列化合物晶体结构中存在两种具有不同配位环境的格位，分别是Wyckoff 4f和6h格位。占据不同格位的稀土离子由于配位环境差异可表现出不同的发光性质。Ce³⁺离子是最典型的代表，其表现宇称允许和易受周围配位环境影响的f-d跃迁，可在不同的基质中表现高效、可调的发光性质。目前已有许多商业化的Ce³⁺激活的发光材料，如白光LED用YAG: Ce³⁺黄粉等。另一方面，Ce³⁺离子由于其简单的电子组态和明确的环境决定的光谱性质亦使得它可作为结构探针来监测不同基质中的格位环境。中山大学梁宏斌教授（点击查看介绍）课题组基于上述两方面考虑，把Ce³⁺离子引入氧磷灰石LiY₉(SiO₄)₆O₂基质中，借助X射线衍射粉末精修及同步辐射光谱技术，通过控制不同因素（掺杂浓度，温度）来研究荧光粉的结构、光谱性质，明确基质中两种不同格位环境对Ce³⁺发光性质的影响。

结果表明，由于Y1(6h)位置小的配位多面体和自由氧的存在，占据其中的Ce³⁺离子发射相比于在Y2(4f)位置的波长更长。随着Ce³⁺离子掺杂浓度的增加，整体光谱出现红移的情况，即可以通过控制掺杂浓度实现蓝光到青白光的调色。这一现象被证实是由三方面因素所决定的：1）Ce³⁺离子随着掺杂浓度的增加表现在Y1(6h)位置的优先占据；2）高掺情况下Ce³⁺发射的非均匀展宽；3）由高能Ce³⁺(4f)向低能Ce³⁺(6h)的能量传递。对于低掺杂样品，相关的变温光谱测试表明其具有很好的温度决定的发光性质，即随着温度升高，荧光粉表现从青光到蓝光的光色可调。该现象主要是由Ce³⁺离子在两个格位不同的热猝灭性质决定的。进一步的测温表征表明该材料具有较好的测温性质，具体表现在宽的测温范围，较高的灵敏度，和良好的可重复性。

这一成果近期发表在《Inorganic Chemistry》上，文章的通讯作者是中山大学梁宏斌教授，第一作者是中山大学博士研究生周炜杰，合作伙伴是中科院高能物理研究所陶冶研究员课题组。

该论文作者为：Weijie Zhou, Fengjuan Pan, Lei Zhou, Dejian Hou, Yan Huang, Ye Tao, and Hongbin Liang*

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Site Occupancies, Luminescence, and Thermometric Properties of LiY₉(SiO₄)₆O₂:Ce³⁺ Phosphors

Inorg. Chem., 2016, 55, 10415-10424, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01656

梁宏斌教授简介

梁宏斌，中山大学化学学院教授，博士生导师。2001年于中国科学院长春应用化学研究所取得无机化学博士学位后就职于中山大学化学学院。

科研方向为稀土发光材料的VUV光谱、微纳结构稀土发光材料的CL光谱及用于医学和高能物理检测的稀土闪烁材料等。目前已在相关领域发表SCI论文百余篇，包括以通讯作者发表的Phys. Rev. B、Chem. Mater.、Inorg. Chem.、J. Phys. Chem. C、J. Mater. Chem. C等。获授权中国发明专利13件，参与撰写四本化学教材及专业书籍。作为负责人先后承担国家自然科学基金7项、973计划子项目1项、广东省科技计划项目、广东省自然科学基金、广州市科技计划项目等项目的研究工作。

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