加速长余辉材料开发的新策略学术资讯

来源：X一MOL资讯

长余辉材料作为一种重要的发光材料和节能材料，在诸多领域获得了广泛应用。截止目前，长余辉材料的发光覆盖近红外、可见乃至UVC波段。但是，长余辉材料多是通过试错法开发的，这导致长余辉材料研发过程充满了随机性，开发速度远远慢于其他类型的发光材料。此外，试错法的研究思路使得研究者对长余辉材料结构缺陷和载流子捕获去捕获过程的认知非常浅陋，导致余辉机理并不清晰。针对这一突出问题，苏州大学材料与化学化工学部孙洪涛教授及合作者设想，鉴于长余辉材料中的缺陷态直接影响到余辉性能，如能实现理论指导下的缺陷种类及数量的调控，不但有助于长余辉基质材料的筛选及余辉性能的理性调控，而且能够深入理解其余辉机理，从而加速新型长余辉材料的开发。

为实现以上设想，孙洪涛教授课题组与中国科学技术大学物理系段昌奎教授课题组及其他国内外的科研人员合作，提出一种理论指导下通过局域规整反应调控缺陷类型及数量以加快长余辉材料开发的新策略。该策略首先通过大量的理论计算预测目标化合物中各种缺陷态，以此确定其是否可以作为潜在的余辉基质材料，随后通过局域规整反应针对性的调控缺陷类型及数量以实现余辉性能的理性调控。这种理论先行、多种实验手段辅助的研究方法使得研究者明确提出一种自由基参与的余辉发光机制。相关研究结果发表在Adv. Optical Mater.上。

UVC长余辉材料因其在杀菌、消毒及癌症治疗等方面潜在的应用价值而逐渐受到人们的关注 (Light Sci. Appl., 2018, 7, 88; Nat. Photonics, 2019, 13, 74-75)，但目前UVC长余辉材料的种类非常有限。在该工作中，研究者首先通过密度泛函理论计算了LaPO4不同缺陷态的热力学电荷跃迁能级，提出其中的一些结构缺陷可作为余辉电子陷阱中心的理论假设。由于正磷酸盐体系易于形成缺陷的特点，研究者采用固相反应合成了含有缺陷、能够UVC余辉的镨掺杂LaPO4。更为重要的是，研究者进一步发现局域规整反应可以改变基质中的缺陷种类和数量，使UVC余辉衰减时间提高至2 h。研究者通过同步辐射X射线技术、正电子湮没寿命谱和电子自旋共振对该余辉材料的缺陷类型及相对数量进行了精确的表征，明确了双氧空位缺陷能够增强室温余辉，发现室温下电荷的捕获去捕获过程与磷氧（PO2）自由基的动态变化密切相关。在此基础上，研究者提出一种自由基参与的余辉发光机制。研究者进而发现这一方法具有很好的扩展性：在LaPO4中掺杂其他活性离子可实现其他波段的长余辉发射；通过把基质类型扩展到其他磷氧体系，研究者发现了其他类型的UVC长余辉材料。

图1. 镨掺杂磷酸镧的缺陷态调控及余辉机理示意图。

该工作首次提出理论指导下理性调控缺陷类型及数量的策略来开发长余辉发光材料，这一研究策略及研究中所采用的分析方法不但可以加速新型长余辉材料的研发，而且有助于深入理解长余辉材料的发光机理。

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