河南理工《ACS SCE》：一种高性能荧光粉，用于白光LED！

编辑推荐：作者成功制备了纯相的K2YZr(PO4)3:Eu2+荧光粉，详细的研究了其光学特性。最后，以青绿色荧光粉K2YHf(PO4)3:0.04Eu、红色荧光粉CaAlSiN3:Eu2+和365 nm LED芯片制成原型白光LED灯，实现了较高的显色指数（Ra=81）和适应的色温（CCT=3792 K）。

宽带发射的发光材料对发光二极管（LED）具有重要意义。在该结构中，Eu²⁺离子可以占据两个K⁺位点，提供两种不同的配位环境，从而在390−700 nm范围内产生宽发射带。作者利用高斯拟合和时间分辨发射光谱分析了Eu²⁺的配位环境。通过Hf⁴⁺取代Zr4⁺来调节晶场，提高了材料的发射强度和热稳定性。相关论文以题目为“Two-Site Occupancy Induced a Broad-Band Emission in Phosphor K₂YZr(PO₄)₃:Eu²⁺ for White-Light-Emitting Diode Applications”表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering 期刊上。

论文链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c07082

目前，将发光二极管（LED）芯片与荧光粉相结合的固态照明器件受到了众多研究者的关注。由于白光LED（W-LED）的优异性能（寿命长、节能、可靠性、环保等），目前在照明灯具中得到了广泛的应用，并有可能得到进一步的推广。最著名的W-LED是基于蓝色LED芯片和YAG:Ce³⁺黄色荧光粉，然而显色指数较低。

为了解决这一问题，开发了一种利用近紫外发光二极管芯片和红绿蓝三色荧光粉的新方法。此策略有利于提高显色指数（Ra）以及实际荧光粉的相关色温参数。因此，开发新型的三色发光材料对W-LED具有重要意义。最外层的电子是Eu²⁺跃迁的环境敏感跃迁，因为它们是环境跃迁的最外层。因此，Eu²⁺：4f→5d跃迁在不同的晶格环境中通常表现出高发光效率、优越的吸收和不同的发射颜色。硼镁石型A₂MN（BO₄）₃（A=碱金属；M/N=过渡金属；N=Si，P，S）代表一大类含有硅酸盐、磷酸盐和硫酸盐的化合物。其禁带宽度大、成本低廉、结构灵活、对称性高，适合作为发光主体晶格。

然而，到目前为止，还没有关于Eu²⁺激活的K₂YZr(PO₄)₃荧光粉的报道。作者注意到，只要满足价态均衡，y~（3+）／Zr⁴⁺、Y³⁺／Hf⁴⁺可以以适当的比例占据M/N位，这种化学成分调制将影响Eu²⁺晶体场的强度。

图1。KYZP（a）的一个晶胞；K(2)O₉（b）和K(1)O₁₂（c）的配位环境。

图2。（a−g）Rietveld精修KYZ_{1− y}H_yP:0.04Eu（y=0−1）的粉末XRD曲线；

（h）晶格参数的演化。

图3。（a）KYZP:0.04Eu的PLE和PL；（b）系列荧光粉KYZP:0.04Eu（0.01≤x≤0.06）；（c）相对强度依赖于Eu²⁺浓度；（d）光致发光衰减曲线KYZP:xEu荧光粉通过365 nm激发；（e）高斯分量拟合KYZP:0.04Eu光谱；（f）452和509nm下不同发射衰减曲线的比较。

图4。（a）制作的白光LED的EL光谱；（b）制作的白光LED的CIE色度图。

在这项工作中，作者开发了一系列体荧光粉K₂YZr_1−yHf_y（PO₄）₃:xEu（x=0−0.06；y=0−1），并研究了它们的晶体结构、形貌、紫外-可见吸收、电子结构和发光性能。通过近紫外光激发，KYZP:xEu荧光粉在约390−570 nm处显示宽和发射，x=0.04表示Eu²⁺掺杂剂的最佳浓度。Hf⁴⁺组分的掺杂大大提高了荧光热稳定性，然后制作了W-LED。最后认为K₂YHf(PO₄)₃:0.04Eu是一种很有应用前景的绿色荧光粉。（文：爱新觉罗星）