龍巖學院周江聰&吳泉生博士團隊CEJ：鄰位陽離子尺寸調控Sr8CaX(PO4)7: Eu2+發光性能并獲得高顯色固態照明光源

如何調控激活離子在不同晶格位點的發光行為對發展下一代高質量照明光源具有重要的指導意義。當前，操縱激活離子在不同晶格格點的分布依舊是一項重要的科技挑戰。白磷鈣礦構型β-Ca₃(PO₄)₂基質一方面能夠提供五種不同的陽離子格位用于等價或異價陽離子替換來形成新的熒光基質材料；另一方面，激活離子占據在不同的晶格格點將產生豐富多彩的發光性能。基于此，龍巖學院化學與材料學院周江聰&吳泉生博士組建的稀土光電新材料團隊通過傳統的高溫固相燒結技術成功制備了近紫外激發黃光發射的Sr₈CaX(PO₄)₇: Eu²⁺?(X = Al, Ga)熒光粉，提出了“鄰位陽離子尺寸效應”策略來實現發光性能的調控，為多陽離子格點型熒光粉的發光性能調控提供了借鑒意義。相關結果發表在Chemical Engineering Journal?(DOI: 10.1016/j.cej.2021.131869)。

Sr₈CaX(PO₄)₇: Eu²⁺?(X = Al, Ga)基質具有九配位的Sr(1, 3, 5)O₉，八配位的Sr(2)O₈，和一個特殊空位的Sr(4)O₆；同時，Eu²⁺離子在這些晶格位點的發光分別坐落在發光光譜中的藍綠光波段，綠光波段和紅光波段。在Sr₈CaX(PO₄)₇晶體結構中，XO₆八面體通過磷氧四面體PO₄“手拉手”連接到Sr(4)的晶格格點。當X = Al時，相連接的Sr(4)-O鍵長分別是2.5872 ?與2.4767 ?；當X = Ga時，由于r (Ga³⁺)＞r (Al³⁺)，通過“手拉手”連接的Sr(4)空間會受到一定程度的擠壓，其具體表現在相連接的Sr(4)-O鍵長變短（2.5849 ?和2.4740 ?）。而這種微小的空間收縮會減少發光中心Eu²⁺離子進入Sr(4)格位的含量，進而影響發射光譜中紅光波段的強度，從而實現光譜調控。

為了進一步驗證以上結論，該團隊還制備了Sr₈CaAl_1-zGa_z(PO₄)₇: 0.03Eu²⁺ (z = 0, 0.4, 0.8, 1)固溶體熒光粉。從發射光譜中可以看出，隨著Ga含量的增加，紅光部分逐漸減弱，進一步驗證了上述結論。此外，這種“陽離子尺寸效應”還可以拓展到其他具有類似晶體結構的熒光粉材料中，如Sr₉(Sc, Lu, Y)(PO₄)₇: Eu²⁺，其中Sc³⁺，Lu³⁺，Y³⁺離子半徑相對較大，會更大程度的壓縮Sr(4)位點的空間大小，從而減弱熒光粉的紅光發射，呈現出黃綠或者綠光發射。最后，所制備SCXP熒光粉與商用藍粉和400 nm的芯片封裝的白光LED器件呈現出較高顯色指數，這對于發展下一代高質量照明光源具有重要意義。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131869