Adv. Mater. 利用前驅體熱分解制備高量子產率的Al(OH)3用于UV驅動的白光二極管

【引言】

磷光轉換的白光二極管相比傳統光源，比如白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈等具有節能、壽命長、發光效率高的優點。將藍光發光二極管（LED）和黃色磷光結合起來是通常用來產生白光的方法。然而，這種類型的白光發光二極管（WLED）因為白光光譜中450-500nm處的藍光尖峰使其具有色度漂移、顯色指數低的缺點，并且其發出的藍光對人眼視網膜具有傷害。紫外線（UV）驅動的白光發光二極管器件（UV-WLEDs）就可以激發出合適的磷光來提高顯色系數，并且減少藍光所帶來的傷害。對于UV-WLEDs來說，具有高發光效率的藍色磷光在白光中具有一定比例。傳統的藍色磷光使用的是摻雜的稀土材料，這些材料具有良好的熱穩定性和較高的光致發光量子產率，但是，這些磷光物質發光峰的半高寬在20-60nm之間，且主激發波長小于350nm，因此不能很好地提高顯色系數。所以，價格便宜、儲量豐富、顯色系數高的氫氧化鋁就可以作為很好的替代材料。

【成果簡介】

眾所周知，傳統的藍色發光材料由于使用稀土作為原料，所以價格昂貴，限制了其大規模發展。然而，氫氧化鋁由于其不需要稀土元素、較低的價格、環境友好吸引了研究者的關注。

近日，來自香港城市大學的Chen Bingkun和Andrey L. Rogach（共同通訊）報道了利用高量子效率的氫氧化鋁作為下轉換藍色熒光材料，得到了高效的白色發光二極管。

實驗中通過在氫氧化鋁中進行摻雜，并使用前驅體分解的方法，一步合成了具有高發光效率的介孔氫氧化鋁材料，這種材料的光致發光譜延伸至400-550nm的范圍，并且其絕對光致發光量子產率達到65%。利用其作為UV-WLEDs的藍色熒光體得到的發光效率為27.5 lm W-1，是目前應用氫氧化鋁得到的UV-WLEDs里發光效率最高的。此外，使其結合CuInS2作為紅色發光體得到的UV-WLEDs具有高達94的顯色指數（CRI）。

【圖文導讀】

圖1 制備示意圖及產物的SEM和TEM圖

（a）為由堿式醋酸鋁制備氫氧化鋁的示意圖

（b-g）為不同溫度下制備的氫氧化鋁的SEM圖。其中，（b,c）300℃，（d,e）320℃，（f,g）340℃

（h-j）為不同溫度下制備的氫氧化鋁的TEM圖。其中，（h）300℃，（i）320℃， （j）340℃，小圖為相應的選區電子衍射圖

圖2 為不同溫度下的XRD、FTIR、XPS圖

（a-c）為XRD圖 ? ? ? ? ? ? ? ?（b）為FTIR圖

（c）為XPS全譜 ? ? ? ? ? ? ? ??（d-f）分別為Al 2p，O 1s，C 1s的高分辨XPS圖譜

圖3?三種氫氧化鋁粉末的光學照片、UV-Vis吸收光譜、PL激發光譜、EPR光譜、時間-PL衰減圖及發光機理簡圖

（a）三種氫氧化鋁粉末（AlOH-300°C, AlOH-320°C, and AlOH-340°C）分別在甲苯中，日光和UV照射后的照片

（b）紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）

（c）光致發光激發光譜

（d）光致發光光譜（PL）

（e）X波段（9.07GHz）的電子順磁共振譜（EPR）

（f）隨時間變化的光致發光衰減圖

（g）氫氧化鋁發光機理簡圖

圖4?三種氫氧化鋁基熒光體的工作照片和發光光譜、WLED的光學照片、發光光譜及CIE色度圖

（a）三種氫氧化鋁基熒光體在正向偏置電流為20mA時的工作照片和發光光譜（LED1，LED2，LED3分別對應AlOH-300°C, AlOH-320°C, and AlOH-340°C）

（b,c）將AlOH-320°C 和CuInS2分散在硅樹脂封裝前（b）后（c）的照片

（d）WLED發光照片

（e）WLED發光時的發光光譜

（f）LED1–3 和 WLED的CIE色度圖

文獻鏈接：Mesoporous Aluminum Hydroxide Synthesized by a Single-Source Precursor-Decomposition Approach as a High-Quantum-Yield Blue Phosphor for UV-Pumped White-Light-Emitting Diodes?(Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604284)

本文由材料人電子電工學術組大城小愛供稿，材料牛整理編輯。

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