压力辅助热处理对Fe2O3、Cr2O3和MoO3光致发光行为的调控机制研究

本研究针对过渡金属氧化物在压力辅助热处理（PAHT）下光致发光（PL）行为调控的机制问题，通过Pechini法合成Fe2O3、Cr2O3和MoO3粉末，结合XRD、Raman、PL等多技术表征，发现PAHT可诱导晶格微调、缺陷调控及氧空位形成，从而优化材料光学性能，为功能性氧化物设计提供新策略。

　　

过渡金属氧化物因其独特的物理化学性质，在光电、催化、传感等领域展现出巨大潜力。然而，如何精确调控其性能仍是当前材料科学的挑战之一。传统合成方法虽能控制形貌和尺寸，但对晶体内部原子间距和缺陷态的调控能力有限。压力辅助热处理（PAHT）作为一种新兴手段，通过协同压力与温度作用，可诱导晶格畸变、缺陷生成甚至键断裂，从而改变材料的光电响应特性。此前研究已在Bi₂O₃、ZnO等体系中观察到PAHT对光致发光（PL）的显著影响，但针对Fe₂O₃、Cr₂O₃和MoO₃的系统研究仍属空白。

为解决这一问题，巴西巴拉那联邦理工大学（UTFPR）的研究团队通过Pechini法合成上述三种氧化物粉末，对比分析PAHT处理前后的结构演变与PL行为变化。研究采用X射线衍射（XRD）确认晶相纯度，结合傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）验证化学组成；通过拉曼光谱（Raman）检测晶格振动模式变化，场发射扫描电镜（FESEM）观察形貌特征；利用光声光谱（PAS）和紫外-可见光谱（UV-Vis）测定能带隙（band gap），并采用Rietveld精修量化晶格参数变化。

Pechini法合成
通过金属盐与柠檬酸-乙二醇体系的螯合反应，成功制备出α-Fe₂O₃（赤铁矿）、α-Cr₂O₃（刚玉）和MoO₃粉体，未处理组与PAHT组（5 GPa/300°C）的化学计量比严格控制在1:3:12（Fe₂O₃）和1:4:16（Cr₂O₃/MoO₃）。

表征结果
XRD显示PAHT未改变晶相结构，但Raman谱揭示细微差异：Fe₂O₃经处理后杂质相消失；Cr₂O₃的有序度提升，缺陷减少；MoO₃的O=Mo=O振动增强，表明脱羟基化及氧空位形成。FESEM显示PAHT未显著改变Fe₂O₃和Cr₂O₃的球形颗粒形貌，但MoO₃的棒状结构表面粗糙度增加。PL光谱中，Cr₂O₃的发射峰强度变化暗示缺陷态重组，而MoO₃的PL红移与氧空位介导的中间能级相关。

结论与意义
PAHT通过微调晶格参数（如Fe₂O₃晶胞体积缩小0.5%）和缺陷工程，实现了对三种氧化物PL行为的精准调控。其中Cr₂O₃的有序化与MoO₃的氧空位生成尤为关键，为开发压力响应型功能材料提供了新思路。该成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》，不仅拓展了PAHT的应用边界，更为设计高性能光电材料奠定了理论基础。