镨激活的碱土类焦磷酸盐中的顺磁缺陷与发光现象

《Scientific Reports》：Paramagnetic defects and luminescence in praseodymium-activated alkaline earth pyrophosphates

　　

摘要

在复杂材料中建立缺陷与性质之间的关联体系仍是一项极具挑战性的任务，这需要结合多种光谱技术，并对化学性质相近的宿主晶格进行系统研究。本研究全面分析了Pr³⁺激活的碱土金属焦磷酸盐（X₂P₂O₇；X?=?Ca, Sr, Ba）中由缺陷引发的电荷捕获及复合发光现象。通过粉末X射线衍射（XRD）、X射线吸收（XANES）和光致发光光谱技术分析了这些材料的相组成及掺杂情况。所有的X₂P₂O₇:Pr³⁺材料都在紫外线和可见光波段存在光学跃迁，而Sr₂P₂O₇和Ba₂P₂O₇还具备从蓝光到紫外-C波段的上转换能力。电荷捕获可以通过X射线或紫外-C光激发引发，其发生的激活能量范围较广，不同宿主材料中浅层陷阱与深层陷阱的相对数量也存在差异。在Sr₂P₂O₇:Pr³⁺材料中，444纳米波长的光激发不仅可以填充电荷陷阱，还能通过激发态吸收机制产生持续的紫外-可见光发光。电子顺磁共振测量结果显示存在多种与磷相关的自由基，根据多频谱模拟，这些自由基可归为PO₄^2?型和PO₃^2?型中心。这些自由基的退火动力学过程发生在25–300摄氏度范围内，且与TSL发光曲线中的峰值存在一定关联。这些研究结果建立了以磷为中心的缺陷与复合发光现象之间的联系，为设计具有特定性能的磷酸盐材料提供了理论基础。