通过A&C晶格位点共替代策略在石榴石中制备高性能近红外Cr3+激活荧光体，用于植物照明

《Science China-Materials》：Achieving high-performance near-infrared Cr3+-activated phosphor via A&C lattice sites cosubstitution strategy in garnet for plant lighting

本研究通过化学单元共掺杂策略引入Ca2?和Sn??离子至garnet结构，开发了Y3?yCa[y]Ga4.95?ySn[y]G12:0.05Cr3?磷光体，发射波长范围708-768 nm。优化后的磷光体外部量子效率达34.96%，其增强源于八面体Jahn-Teller畸变，热稳定性（423 K时91.3%）归因于弱电子-声子耦合及氧空位缺陷。结合450 nm蓝LED芯片构建NIR pc-LED，电发光效率18.8%，淬灭率<5%/30天，适用于植物照明。

　　

摘要

近红外（NIR）光谱技术显著推动了NIR光源的发展。然而，开发出具有最佳发光特性、高热稳定性和可调发射峰的NIR发光体对于未来的智能NIR设备来说是一个关键挑战。我们采用了一种化学单元共替代策略，将Ca²⁺和Sn⁴⁺离子引入石榴石结构中。通过这种方法，通过调节A和C配体，制备出了Y_3?yCa_yGa_4.95?ySn_yG₁₂:0.05Cr³⁺（y = 0–1）荧光体，其发射波长范围在708至768纳米之间。Cr³⁺的改性局部环境解释了光强度的增加（提高了2.71倍）以及发射峰的展宽现象。此外，本研究还探讨了不同Cr³⁺浓度（Y_2.6Ca_0.4Ga_4.6?xSn_0.4G₁₂:xCr³⁺）对高性能荧光体生成的影响。与Y₃Ga_4.93G₁₂:0.07Cr³⁺相比，优化后的荧光体表现出优异的外部量子效率（EQE = 34.96%）。发光强度的提高归因于八面体Jahn-Teller畸变导致的辐射跃迁增强，而显著的热稳定性（在423 K时为91.3%）则归因于弱电子-声子耦合（EPC）和氧空位（O_V）缺陷的存在。最后，将其与450纳米蓝光LED芯片结合，我们构建了一种近红外荧光体转换LED（NIR pc-LED）器件，该器件的电致发光效率高达18.8%（在100 mA电流下），超低衰减率（运行30天后强度损失小于5%），并在植物照明应用中展现了出色的性能。