在氧磷灰石基质中Ce3+的格位占据、光谱及测温性质研究

　　作为稀土发光材料的基质，具有氧磷灰石结构的化合物由于出众的物理化学稳定性，良好的稀土离子容纳能力和合适的晶体场效应，已得到特别关注。该系列化合物晶体结构中存在两种不同配位环境的金属阳离子，分别占据4f和6h格位。占据不同格位的稀土离子由于配位环境差异可表现出不同的发光性质。Ce3+离子是最典型的代表，其表现宇称允许和易受周围配位环境影响的f-d跃迁，可在不同的基质中表现高效、可调的发光性质。目前已有许多商业化的Ce3+激活的发光材料，如白光LED用YAG: Ce3+黄粉等。另一方面，Ce3+离子简单的电子组态和清楚的环境-光谱性质关系亦使得它可作为结构探针来研究不同基质中的格位环境。中山大学化学学院梁宏斌教授基于上述两方面考虑，把Ce3+离子引入氧磷灰石LiY9(SiO4)6O2基质中，借助X射线衍射粉末精修及北京同步辐射装置4B8-真空紫外实验站的真空紫外光谱实验技术，通过控制不同因素（掺杂浓度，温度）来研究荧光粉的结构、光谱性质，明确基质中两种不同格位环境对Ce3+发光性质的影响，相关研究成果于2016年10月发表在《Inorganic Chemistry》杂志上。 

　　图1 基质LiY9(SiO4)6O2中具有两种Y格位可供掺入的Ce3+离子占据，进而产生两种Ce3+离子的发光。随着掺杂浓度的升高，光谱表现红移；随着温度升高，光谱表现蓝移。 

　　结果表明，由于Y1(6h)位置小的配位多面体和自由氧的存在，占据其中的Ce3+离子发射相比于在Y2(4f)位置的波长更长。随着Ce3+离子掺杂浓度的增加，整体光谱出现红移的情况，即可以通过控制掺杂浓度实现蓝光到青白光的调色。这一现象被证实是由三方面因素所决定的：1）Ce3+离子随着掺杂浓度的增加表现在Y1(6h)位置的优先占据；2）高掺情况下Ce3+发射的非均匀展宽；3）由高能Ce3+(4f)向低能Ce3+(6h)的能量传递。对于低掺杂样品，相关的变温光谱测试表明其具有很好的温度决定的发光性质，即随着温度升高，荧光粉表现从青光到蓝光的光色可调。该现象主要是由Ce3+离子在两个格位不同的热猝灭性质决定的。进一步的测温表征表明该材料具有较好的测温性质，具体表现在宽的测温范围，较高的灵敏度和良好的可重复性。

　　发表文章： 

　　Weijie Zhou, Fengjuan Pan, Lei Zhou, Dejian Hou, Yan Huang, Ye Tao, and Hongbin Liang* Site Occupancies, Luminescence, and Thermometric Properties of LiY9(SiO4)6O2:Ce3+ Phosphors. Inorg. Chem. 2016, 55, 10415 – 10424.