通过异价钾（K+）替代结合带隙工程，实现对长石结构蓝青色荧光体发光性能的协同优化

《Journal of Luminescence》：Synergistic optimization of luminescence in feldspar-structured blue-cyan phosphors via heterovalent K+ substitution coupled with bandgap engineering

Sr0.7-xKxAl2Si2O8:0.3Eu2+磷光体通过高温固相反应合成，钾掺杂调控晶场环境，抑制非辐射跃迁，使423K下发光强度提升至83%且内量子效率达62%。结合近紫外LED芯片和商用红磷光体，构建Ra=92、CCT=4673K的白光LED，填补青色光谱间隙并简化制程。

　　近年来，随着人们对高效、高质量照明需求的不断增加，白光发光二极管（WLEDs）成为了光电子领域的重要研究方向。目前，主流的WLEDs通常由蓝色InGaN芯片与绿色Lu/Ga-YAG:Ce3?以及红色（Ca, Sr）AlSiN?:Eu2?磷光体组合而成。然而，这种配置所实现的显色指数（CRI）仅为约82，远低于高保真照明所需Ra值超过85的标准。此外，长期暴露于蓝光之下被认为会对人体昼夜节律产生干扰。因此，研究者们提出了将近紫外（n-UV）LED芯片与红、绿、蓝磷光体结合的替代方案，这种策略不仅能够减轻蓝光的负面影响，还提供了更大的设计灵活性。然而，这种方案仍存在一些问题，如缺乏能够连接蓝光与绿光光谱区域的氰光发射，从而导致显色指数降低，限制了其在高质量照明系统中的应用。因此，开发高性能的氰光发射磷光体成为了一项迫切的研究任务。

在这一背景下，研究者们已经开发出多种氰光发射磷光体。例如，Zhao等人合成了一种UCr?C?型窄带磷光体（NKLSO:Eu2?），其在蓝光激发下发射波长为486纳米，半高宽（FWHM）为20.7纳米。Sun等人则通过部分替换Rb?为K?，实现了从蓝光到窄氰光的发射转换，其FWHM为21.1纳米。尽管这些氰光磷光体在一定程度上改善了WLEDs的光谱性能，但在与三色磷光体及n-UV芯片结合使用时，仍然面临诸如高磷光体负载、热淬灭行为不匹配、再吸收损失以及颜色稳定性差等挑战。为了克服这些问题，进一步的研究工作不断展开。Xu等人开发了一种使用宽频LiBaPO?:Eu2?（蓝绿）和CaAlSiN?:Eu2?（红）的WLED设备，实现了CRI为84.2，相关色温（CCT）为5243K的成果。同样，Zhang等人制备了Y?Mg?Al?Si?O??:Eu2?, Ce3?磷光体，其与红磷光体结合后，实现了CRI为87，CCT为5841K的照明设备。虽然宽频氰光磷光体能够有效覆盖蓝光至绿光区域，仅需添加红磷光体即可实现全光谱的WLED发射，从而简化制造流程并降低成本，但仍然存在高CCT和CRI未达最优的问题。因此，进一步开发高性能的氰光发射磷光体仍然是一个迫切的需求。

Eu2?离子的5d轨道对晶体场环境高度敏感，使其在合适的宿主基质中能够产生从蓝紫到近红外的宽频发射。这一特性使得Eu2?成为氰光发射磷光体的理想激活剂。基于此，研究者们采用多种替代离子掺杂策略，以精细调控局部配位环境。例如，Wang等人通过异价阳离子替代——将Al3?替代Zn2?，Na?替代Ca2?——在CaZnOS:Mn2?机械发光材料中，对能带结构和缺陷状态进行了工程设计。这种策略不仅提高了发射强度，还引入了定制的陷阱能级，抑制了非辐射跃迁，从而显著提升了机械发光性能。Xia和Liu等人则通过异价替代设计了（CaMg）?（NaSc）???Si?O?固溶体，精确调控了Eu2?的局部配位环境，实现了从450到600纳米的连续发射调制，为单宿主多色磷光体提供了一条新的途径。Zhang和Qiao等人的研究通过不同的策略显著提升了Eu2?掺杂的氧化物磷光体的发光效率和稳定性：一种策略是通过键角变异（Bav）调节局部结构，另一种则是通过SiO?/PO?成分工程优化缺陷和发光中心。这些研究为设计高性能的发光材料提供了创新的方法。

同样，Amachraa等人通过异价替代调整了M?La???SiO???N?:Eu2?（M = Ca/Sr/Ba）的组成，实现了对Eu2?配位球的精确控制，并使单相白光磷光体在450至650纳米范围内实现全光谱调制。近期的研究表明，通过化学单元共掺杂、磷光体-陶瓷复合材料以及多阳离子位点占据等策略，对材料微观结构的精准调控已被证明是实现高通量白光发射、高度稳定的近红外（NIR）光源以及单相全光谱发光的有效途径。这些研究共同表明，异价阳离子替代在材料设计中起着关键作用：通过改变宿主组成，可以调控激活剂离子周围的晶体场环境，从而有效提升发光性能。

在本研究中，我们通过高温固态反应合成了系列Sr?.???K?Al?Si?O?:0.3Eu2?（x = 0–0.35）磷光体。通过实施异价替代策略，我们对Eu2?周围的晶体场进行了调制，从而改善了发光性能。结合商用红磷光体和n-UV LED芯片，所制得的WLED设备成功填补了氰光光谱的空白，实现了全光谱白光发射，展现出在多种应用中的广阔前景。