氮化物荧光粉结构演变与邻位阳离子控制光谱特性研究

来源：X一MOL资讯

原标题：【材料】Angew. Chem.：氮化物荧光粉结构演变与邻位阳离子控制光谱特性研究

节约能源为可持续发展的重要课题，因此白光发光二极管被誉为次世代固态照明光源。因其寿命长、节能、环保等优点而被广泛应用于日常生活中，其发光原理为利用蓝光芯片搭配荧光粉，吸收蓝光波段放射黄、绿或红光，以光学调色原理形成白光。白光发光二极管亦能应用于液晶显示器，取代传统的冷阴极管作为液晶显示器的背光源，而因其体积较小、亮度高、色域更广等优势，近年更运用于可穿戴装置、车用仪表板、医疗器材、无人商店等科技。

调控发光二极管颜色的基础材料称为荧光粉，乃为一种无机粉体材料，能将蓝紫光转为不同色光，常见的荧光粉种类可分为氧化物、氟化物、氮化物等。科学家可藉由化学取代法，调控荧光粉的配方和结构，藉以控制荧光粉的发光光谱，并搭配X光粉末衍射图谱分析其结构变化。然而随时代的推进，荧光粉的结构愈趋复杂，X光粉末衍射图谱亦具分析限制，最常见的问题为无法精准区分在周期表中邻近的原子，如Mg、Al、Si或是O、N等原子。

近日，台湾大学化学系的刘如熹教授团队通过气压烧结炉合成了结构复杂的氮化物固溶体荧光粉(Sr(LiAl3)1-x(SiMg3)xN4:Eu2+)，随Si和Mg的掺入，结构将由三斜晶系转为四方晶系，发光由650纳米先红移至近680纳米，再蓝移至615纳米，然而因其结构对称性较低，具三斜结构，且同时具Li、Mg、Al与Si原子，虽已使用X光粉末衍射与中子衍射分析，欲解析其结构变化仍相当困难。

研究人员利用7Li固态核磁共振光谱，解析Mg/Si共掺杂的过程中，Li-N键长的变化，推测Li(2)的格位将先变大再变小，而Li(1) 的格位则是持续变小。此效应将造成在低掺杂浓度下，Eu(Sr2)格位的压缩，因此导致超出原本预期的光谱红移现象；而高浓度的Mg/Si共掺杂则使结构转为四方晶系，并造成Eu(Sr)的格位持续变大，而形成光谱蓝移现象。因此，此研究存在一区间 (x = 0.2 – 0.6)，其微观结构不同于不取代(x = 0)或和全取代(x = 1)的样品，而造成特殊的光谱特性。此外，其于Eu的氧化态变化、荧光粉粉体外观等性质上，亦有别于不取代和全取代的样品。此研究可提供研究人员提供新的思路，以分析结构较为复杂的荧光粉体系，并补足X光衍射光谱的不足。而本研究所合成的荧光粉，因其具备较宽的放光光谱，且放光光谱伸入红外光区，因此亦为一潜在的植物照明用红色氮化物荧光粉。

相关结果发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是台湾大学的方牧怀博士。

Structural Evolution and Effect of the Neighboring Cation on the Photoluminescence of Sr(LiAl3)1-x(SiMg3)xN4:Eu2+ Phosphors

Mu-Huai Fang, Sebastian Mahlik, Agata Lazarowska, Marek Grinberg, Maxim S. Molokeev, Hwo-Shuenn Sheu, Jyh-Fu Lee, and Ru-Shi Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201903178

导师介绍

刘如熹

https://www.x-mol.com/university/faculty/62341