Chem. Mater.┃LaSc3(BO3)4中Eu3+诱导相变引起的延迟荧光浓度猝灭

Eu3+是传统红光荧光粉中的典型激活离子，然而，宇称禁阻导致Eu3+在近紫外光区的吸收很弱，这使Eu3+掺杂的荧光粉在白光发光二极管中的应用受到了限制。高浓度Eu3+掺杂在理论上可提高材料对激发光的吸收率，但是浓度猝灭现象阻碍了材料发光效率的提升。

       近日，中山大学石建新副教授课题组制备了一种具有延迟荧光浓度猝灭效应的红光荧光粉——LaSc3(BO3)4:Eu3+（LSBO:Eu3+）。该荧光粉包含α和β两个相，其比例随Eu3+掺杂浓度的变化而变化，掺杂浓度为0.8时β相的含量达到最大值。提高Eu3+的掺杂浓度将诱导低对称性的α-LSBO相向高对称性的β- LSBO相转变，这种转变使得荧光粉的荧光寿命趋于增加，Eu3+的无辐射跃迁机会减少，从而补偿了Eu3+的发光并且推迟了LSBO:Eu3+荧光粉的荧光浓度猝灭点（图1）。为了进一步探究相转变过程中Eu3+格位微环境的变化（图2），团队通过Judd−Ofelt理论计算了反映Eu3+格位对称性的强度参数Ω2，并对比了两个相中La作为中心时的坐标与通过配位原子拟合得到的对称中心坐标的差异大小。两种方式的计算结果均表明，当掺杂浓度为0.8即β相含量最高时，Eu3+有着最佳的反演对称性。此外，通过拉曼光谱分析发现，β相中的振动模式更少且最大振动频率更低，因此β-LSBO的晶体结构刚性优于α-LSBO，这也正是激活离子浓度诱导的相变能够补偿Eu3+发光并推迟浓度猝灭的原因。量子效率和热稳定性测试结果表明，LSBO:0.8Eu3+荧光粉的量子效率高达89%、400 K时依然能保持室温下积分强度的88%。与已报道的Eu3+掺杂的红光荧光粉、商用红光荧光粉对比发现，LSBO:0.8Eu3+荧光粉兼具高量子效率和优异的热稳定性，显示出良好的应用前景（图3）。这一系列结果表明，这种有利于增强荧光并推迟浓度猝灭的激活离子诱导的相变可以为提高荧光粉的发光性能提供一种新的有效的思路。

图1. LaSc3(BO3)4:Eu3+荧光粉的相变过程和荧光特性：(a) LSBO:xEu3+的X-射线衍射图；(b) LSBO:xEu3+的发射光谱及613 nm处的荧光强度随Eu3+掺杂浓度的变化趋势；(c) LSBO:xEu3+的荧光寿命随Eu3+掺杂浓度的变化趋势。
 

图2. LaSc3(BO3)4:Eu3+中Eu3+格位微环境研究：(a) 不同掺杂浓度下LSBO:xEu3+的反演对称性；(b) LSBO:xEu3+的拉曼光谱；(c) α和β相中同时与La、Sc和B原子配位的O原子的种类。

图3. LSBO:0.8Eu3+荧光粉与已报道的Eu3+掺杂的红光荧光粉、商用红光荧光粉在量子效率和热稳定性（400 K时荧光强度与室温下强度的百分比）方面的比较。

这一成果近期发表在Chemistry of Materials 上，中山大学硕士研究生杨楠和博士后李俊豪为文章的共同第一作者，石建新副教授为通讯作者。

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 Delayed Concentration Quenching of Luminescence Caused by Eu3+-Induced Phase Transition in LaSc3(BO3)4 Nan Yang, Junhao Li, Ziwang Zhang, Dawei Wen, Qiongyun Liang, Jianbang Zhou, Jing Yan, Jianxin Shi* Chem. Mater., 2020 ,DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c02203 Publication Date: July 20, 2020
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