Tb3+掺杂(TaxNb1-x)YO4荧光粉的晶体结构与光致发光性能调控研究

本研究通过固相法合成Tb3+掺杂(TaxNb1-x)YO4系列荧光粉，系统探究Ta/Nb比例对晶体结构、表面化学键及光致发光(PL)性能的影响。结果表明NbYO4:Tb3+在261 nm激发下呈现412 nm最强发射峰，其3T1-1A1跃迁强度最高，为LED和生物成像材料设计提供新思路。

　　

【研究背景】
在光学材料领域，稀土掺杂荧光粉因其独特的4f电子跃迁特性，成为LED、生物标记和X射线成像的核心材料。钽铌酸盐体系(Ta_xNb_1-x)YO₄作为自激活荧光体，其Ta-O/Nb-O结构可产生蓝光发射，但Ta/Nb比例对Tb³⁺掺杂体系的影响机制尚不明确。伊斯法罕理工大学的研究团队针对这一科学空白，通过固相反应法制备系列(Ta_xNb_1-x)YO₄:Tb³⁺材料，系统解析成分-结构-性能关系，相关成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

【关键技术】
研究采用X射线衍射(XRD)分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征化学键，扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观测形貌，X射线光电子能谱(XPS)测定表面电子状态，光致发光光谱(PL)评估发光性能。所有样品通过1100℃固相反应合成，粒径控制在125-350 nm范围。

【研究结果】

1. XRD分析
   NbYO₄:Tb³⁺呈现单斜晶系结构（JCPDS 01-088-1727），Ta掺杂导致衍射峰位偏移和半峰宽变化，证实Ta/Nb比例可调控晶格畸变。

2. 形貌特征
   SEM显示所有样品表面光滑，粒径分布均匀，Ta_0.5Nb_0.5YO₄颗粒呈现最佳分散性，为光散射控制提供形貌基础。

3. 电子结构
   XPS揭示Nb含量增加会降低Y原子周围电子密度，导致Y-O键能减弱，这种电子重排效应直接影响Tb³⁺的4f-5d跃迁效率。

4. 发光性能
   PL测试显示NbYO₄:Tb³⁺在261 nm激发下产生412 nm主发射峰（源自³T₁-¹A₁跃迁），同时伴随Tb³⁺特征发射（⁵D₄-⁷F_J, J=3-6），证明宿主晶格与稀土离子存在能量传递。

【结论与意义】
该研究首次阐明(Ta_xNb_1-x)YO₄体系中Nb/Ta比例通过改变晶场环境调控Tb³⁺发光行为的机制。Seyed Mahdi Rafiaei团队发现NbYO₄宿主可最大化发光强度，其电子结构调控策略为设计高色纯度荧光材料提供理论依据，在LED照明和生物探针领域具有应用潜力。研究同时证实固相法可精确控制纳米荧光粉的形貌与组分，为功能材料规模化制备提供技术参考。