锂离子掺杂增强CaLaGaO4 :Eu3+ 新型红光荧光粉的光致发光性能及其机理研究

【编辑推荐】本研究针对NUV激发型WLEDs对高效红光荧光粉的需求，通过高温固相法合成Li+ 共掺杂的CaLaGaO4 :30%Eu3+ 荧光粉。实验证实0.5% Li+ 掺杂使荧光强度提升1.56倍，量子效率(QY)从11.3%增至21.6%，并在498K下保持81.9%的热稳定性，为荧光材料性能优化提供了晶体场工程新策略。

　　

在固态照明领域，白光发光二极管(WLEDs)因其寿命长、能效高、环保等优势逐步取代传统光源。然而，当前基于近紫外(NUV)芯片激发三基色荧光粉的方案中，红光组分存在量子效率低、热稳定性差等瓶颈问题。稀土离子Eu³⁺
虽因其⁵
D₀
→⁷
F₂
电偶极跃迁(609nm)成为理想红光激活剂，但浓度淬灭效应制约其性能提升。针对这一挑战，伊犁师范大学的研究团队创新性地采用橄榄石型CaLaGaO₄
(CLGO)为基质，通过Li⁺
共掺杂策略显著提升了Eu³⁺
掺杂体系的发光性能，相关成果发表于《Optical Materials》。

研究团队采用高温固相法合成CLGO:xEu³⁺
(x=10-60%)及Li⁺
共掺杂系列样品，通过X射线衍射(XRD)进行物相分析，结合荧光光谱和变温光谱测试评估光学性能，并利用第一性原理计算揭示能带结构特征。

【物理分析】XRD证实Eu³⁺
/Li⁺
成功掺入CLGO晶格且未引起相变。Rietveld精修显示双离子掺杂后R_wp
<5.2%，晶格畸变可忽略。第一性原理计算得出CLGO本征带隙为3.45eV，与实验光学带隙(3.41eV)高度吻合。

【结论】0.5%Li⁺
掺杂使CLGO:30%Eu³⁺
荧光强度提升56%，绝对量子效率相对提高91.2%，热稳定性提升9.2%。这种增强源于Li⁺
通过两种协同机制改变Eu³⁺
局域晶体场环境：离子半径失配补偿(r(Li⁺
)=0.76? vs r(Eu³⁺
)=1.09?)和间隙位点电荷平衡。

该研究不仅为WLEDs提供了高性能红光荧光粉解决方案，更通过晶体场工程策略为荧光材料设计提供了新范式。特别值得注意的是，Li⁺
掺杂在几乎不改变基质结构的前提下，通过微调Eu³⁺
配位环境实现性能突破，这种"四两拨千斤"的设计思路对功能材料开发具有普适性指导意义。