含有1,10-菲咯啉衍生物的二聚体铕和铽戊酸酯的结构与光致发光特性

《Journal of Magnesium and Alloys》：Structure and photoluminescence of dimeric europium and terbium pivalates with 1,10-phenanthroline derivatives

制备了Ce3+掺杂的Na-β″-Al?O?荧光材料并系统研究其性能，发现Ce3+取代Al3+位后产生优异蓝光发射，热稳定性分析表明0.05Ce3+样品在573K时发光强度保持71.55%，与330nm UV LED封装后获得色渲染指数81.6、色温2886K的高质量蓝光器件。

　　在当前科技迅速发展的背景下，发光材料因其独特的光学性能，在多个领域展现出广泛的应用前景，包括LED照明、光学传感、生物成像以及防伪技术等。随着LED技术的兴起，发光材料在不同应用中的性能要求不断提高，推动了对新型高性能磷光体的探索。特别是蓝光LED技术，因其在医疗照明、智能显示等特定领域的广泛应用，成为当前科研的重点之一。因此，具有高发光效率和优良色纯度的蓝光发射荧光材料在当前的科学研究中占据着关键地位。

发光材料的核心在于其宿主基质，宿主基质为稀土离子提供了一个稳定的晶体环境，确保在激发下能够有效发射光子。基质材料的晶体结构、电子特性以及稳定性直接决定了发光材料的发光效率。其中，Al?O?因其高熔点、稳定的化学性质和高硬度，备受关注。它存在多种晶体形态，每种形态具有不同的结构和特性。这些结构特性使得Al?O?在固态电池等众多领域中得到广泛应用。作为Al?O?家族的重要成员，Na-β″-Al?O?因其独特的晶体结构和离子传导路径，成为掺杂激活离子的理想选择，因此在新型磷光体系统中受到越来越多的关注。

在Na-β″-Al?O?的晶体结构中，Al原子位于由氧阴离子紧密堆积形成的正四面体和正八面体的中心，其结构类似于MgAl?O?晶体，因此被称为尖晶石型宿主。两个相邻的尖晶石结构通过钠-氧传导层连接。当掺杂离子被引入到尖晶石结构中时，它们可以替代Al3?或Na?的位置，从而实现光学特性的调控，并拓展其在荧光显示、光学防伪、光电转换等领域的应用。近年来，相关方法取得了显著进展。例如，Shi等人采用Na-β″-Al?O?作为宿主材料，并通过固态法引入Eu2?作为激活剂，制备了具有增强发光强度的磷光体。他们的研究阐明了激活剂离子在多位置占据的机制，以及晶格缺陷对发光性能的影响，并展示了其在防伪领域的成功应用。

此外，Jiang等人还合成了以Na-β″-Al?O?为基质的Eu2?和Mn2?共掺杂的窄带绿色磷光体，并确定了从Eu2?向Mn2?的能级转移过程。这种共掺杂方法显著增强了发光强度，同时保持了高色纯度，使得这些磷光体非常适合用于宽色域背光显示。从这些研究可以看出，将Ce3?离子掺杂到Na-β″-Al?O?基质材料中，可以将两种材料的优势结合起来，开发出具有定制光学特性的磷光体，以满足不同应用领域中多样的性能需求。然而，对于Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体的系统研究仍然较少，其制备过程、影响光学特性的关键因素以及实际应用潜力仍需进一步探索。

基于这一背景，本研究致力于通过高温固态法，以Na-β″-Al?O?为基质材料，制备一系列Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体，并对其光学特性进行全面分析。研究的目标是阐明掺杂浓度、晶体结构与发光性能之间的内在关系，从而为这种新型磷光体在先进光电子应用中的实现提供坚实的理论和实验基础。

为了实现这一目标，研究首先对所需材料进行了详细说明。使用的原料包括氧化铈（CeO?，纯度≥99.99%，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供）、无水碳酸钠（Na?CO?，分析纯，由天津广富科技发展有限公司提供）、 Boehmite（γ-AlOOH，自研）以及活性炭粉（C，分析纯，由天津大茂化学试剂厂提供）。这些原料在实验过程中起到了关键作用，为后续磷光体的合成提供了必要的化学基础。

接下来，研究详细描述了样品的制备过程。将CeO?、Na?CO?和γ-AlOOH按照摩尔比0.5x : (1 - 0.5x) : 6.5进行称量，其中x代表Ce3?的掺杂浓度（x=0, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08）。这些原料被充分混合，并在研钵中搅拌40分钟，以确保其均匀分布。随后，混合物被高温烧结，以制备出所需的Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体。通过调整Ce3?的掺杂浓度，研究者能够系统地探索其对磷光体性能的影响。

为了验证磷光体的结构特性，研究进行了相分析。通过XRD图谱，可以观察到不同Ce3?掺杂浓度的Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体的衍射峰与纯Na-β″-Al?O?的标准卡片数据（JCPDS 19-1173）一致。所有图谱均未出现杂质峰，且峰形尖锐，表明样品具有较高的结晶度，其晶体结构未受到Ce3?掺杂的影响。这一结果不仅验证了磷光体的结构稳定性，也为后续光学性能的分析提供了可靠的依据。

此外，研究还对磷光体的光学特性进行了系统分析。通过实验，发现Ce3?在Na-β″-Al?O?晶体中能够有效地替代Al3?（配位数CN=6）的位置，从而实现优异的蓝光发射。进一步地，通过变温光谱分析，研究者对Na-β″-Al?O?: 0.05Ce3?磷光体的热稳定性进行了研究。实验结果显示，在573K的高温条件下，其发光强度仍能保持在室温下的71.55%，表明其具有良好的热稳定性。这一特性对于磷光体在实际应用中的性能表现至关重要，尤其是在需要长时间稳定运行的设备中。

为了进一步验证磷火体的性能，研究将其封装在330 nm的n-UV LED芯片上，以获得高质量的蓝光LED器件。实验结果显示，这种磷光体具有较高的显色指数（81.60）、较低的色温（2886 K）以及良好的色彩一致性，这使得其在蓝光LED器件中的应用具有显著优势。此外，其出色的光学性能也表明其在固态蓝光光谱照明领域具有广阔的应用前景。

通过这些实验，研究不仅验证了Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体的结构和光学特性，还揭示了其在不同应用场景中的潜在价值。研究的结果为Na-β″-Al?O?基磷光体在蓝光LED器件中的应用提供了理论依据，同时也为未来的光电子器件研发奠定了基础。这些磷光体的优异性能不仅在实验室条件下得到了验证，也在实际应用中展现出良好的前景，为推动蓝光照明技术的发展提供了新的思路。

在研究过程中，研究人员还对数据的可用性进行了说明。本研究中生成的数据可以在合理请求下从通讯作者处获得。所有在本研究中生成或分析的数据均已包含在本文（及其补充材料文件）中。这确保了研究结果的透明性和可验证性，同时也为后续研究提供了数据支持。

此外，研究还声明了作者之间不存在利益冲突。所有作者均未涉及任何与本研究相关的财务或非财务利益。这一声明保证了研究的客观性和公正性，确保研究结果能够真实反映磷光体的性能和应用潜力。

最后，研究对资金来源进行了说明。本研究得到了辽宁省教育厅基础研究项目（JYTMS20230040）和中国石油天然气集团公司石油化工研究院项目（2021210207000265）的支持。这些资金为研究提供了必要的资源和条件，使得研究能够顺利进行并取得有价值的成果。

综上所述，本研究通过系统地制备和分析Na-β″-Al?O?: Ce3?磷光体，揭示了其在蓝光照明领域的应用潜力。研究不仅验证了其优异的发光性能和热稳定性，还展示了其在实际应用中的良好表现。这些磷光体的结构和光学特性为未来光电子器件的发展提供了新的方向，同时也为相关领域的科研工作提供了坚实的理论和实验基础。通过这一研究，可以进一步推动蓝光LED技术的发展，提高其在多个应用领域中的性能表现，从而满足不断增长的市场需求和技术要求。