Y3+取代增强Sr0.1La0.9Mg0.45Ti0.55O3双钙钛矿中Mn4+发光性能及其在园艺照明中的应用研究

【编辑推荐】针对植物光形态建成关键波段（690-800 nm）缺乏高效荧光粉的难题，研究人员通过Y3+取代策略优化Sr0.1La0.9Mg0.45Ti0.55O3:Mn4+双钙钛矿材料，获得发射峰709 nm、IQE达89.2%的远红光荧光粉，其发射光谱与植物光敏色素Pfr吸收完美匹配，为设施农业LED照明提供新型光源解决方案。

　　

在设施农业蓬勃发展的今天，植物工厂和温室种植面临着一个关键挑战：传统人工光源能耗高且光谱与植物光受体吸收不匹配，导致大量能量浪费。特别是调控植物开花、茎伸长等关键生理过程的远红光（690-800 nm），现有荧光粉存在效率低、热稳定性差等问题。这就像给植物戴错了"光谱眼镜"，使其无法高效利用光能。安徽工业大学的研究团队在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》发表的研究，通过创新材料设计解决了这一难题。

研究人员采用高温固相法合成Mn⁴⁺掺杂的Sr_0.1La_0.9Mg_0.45Ti_0.55O₃(SLMTO)双钙钛矿荧光粉，结合X射线衍射(XRD)、能量色散谱(EDS)和Rietveld精修等表征手段，系统研究了Y³⁺取代对材料性能的影响。

【Sample preparation】
通过精确控制Mn⁴⁺掺杂浓度(0.1-1 mol%)和Y³⁺取代量(10-30 mol%)，采用高温固相反应制备系列样品，确保Mn⁴⁺进入[TiO₆]八面体位点。

【Crystal structure】
XRD精修证实材料保持单斜晶系(P2₁/n空间群)，Mn⁴⁺掺杂未引起相变。Tanabe-Sugano理论分析显示Mn^{4+处于强晶体场环境，这是实现高效2E_g→4A_2g跃迁的关键。}

【Conclusions】
最优化的SLMTO:0.3%Mn⁴⁺,20%Y³⁺样品在709 nm处呈现窄带发射(FWHM仅35 nm)，与植物P_fr吸收峰完美重叠。Y³⁺取代使IQE提升至89.2%，活化能达0.375 eV，在150℃时仍保持80%初始强度。所制备的365 nm LED器件展现出优异的植物生长调控潜力。

这项研究不仅创制出目前性能最优的园艺远红光荧光粉，更通过晶体场工程阐明了A位取代增强发光效率的机制。其材料设计策略为开发其他植物特异性发光材料提供了新思路，将推动精准光谱农业照明技术的发展。