新型高性能YVO4:Eu3+纳米核/壳结构的设计、制备与性能研究

本项目针对YVO4:Eu3+纳米稀土荧光粉应用前景广阔但发光效率低、稳定性差等关键问题，率先考虑从降低表面缺陷、优化能量传递、改善界面光学条件与提高稳定性等途径出发，通过设计与制备合理、优化的纳米核/壳结构，来解决纳米稀土荧光粉存在的实际问题。初步设计的纳米核/壳结构包括YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+、YPO4/YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+、YPO4/YVO4:Eu3+/YPO4与YPO4/YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+/YPO4等，核/壳结构间各层晶格匹配良好、功能相互配合，最大限度提高发光性能，其中YVO4:Bi3+起到降低表面缺陷与传递能量双重作用，做壳层的YPO4起到降低表面缺陷与提高稳定性双重作用，做核心的YPO4可改善界面光学条件等。同时，本项目将探索与总结纳米核/壳结构稀土荧光粉发光性能增强的机理，为设计其他高性能核/壳结构荧光粉提供重要参考。

本项目系统研究了纳米YVO4:Eu3+的核/壳结构制备、发光性能及发光增强机理，成功采用水热法制备了YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+、YVO4:Eu3+/YVO4、YPO4/ YVO4:Eu3+等纳米核/壳结构。项目设计的YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+纳米核/壳结构非常成功，发现该结构的发光效率提高幅度十分明显，其发光效率比同样条件下纯YVO4:Eu3+纳米荧光粉提高了近142%，也比本项目负责人已报道的YVO4:Eu3+/YPO4纳米核/壳结构发光效率要高出50%（HL Zhu, DT Zuo, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10402–10406）。系统研究了YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+和YVO4:Eu3+/YVO4发光增强的效果和影响因素，发现壳/核摩尔比和YVO4:Bi3+的Bi3+浓度等因素对纳米核/壳结构的发光效率有着至关重要的作用，通过一系列实验数据证实了规律的有效性。并从界面缺陷和能量传递角度分析了这两个关键因素的影响机理。(1)YVO4壳层有效地降低了YVO4:Eu3+纳米荧光粉的表面缺陷和表面重构；(2)壳层中的Bi3+可以很好的地吸收紫外线，对Eu3+的敏化作用较强,增强了发光强度;(3)由于表面有一层YVO4 +作为保护膜，核/壳结构可在高压汞灯里会有更高的稳定性，对潜在应用有利。（4）Bi3+需要合适的浓度，才能更好地传递能量。研究成果主要是论文和专利，发表了4篇SCI论文，获得授权国家发明专利4项。YVO4:Eu3+/YVO4:Bi3+和YVO4:Eu3+/YVO4纳米核/壳结构荧光粉具有潜在的应用价值，而且对其他纳米荧光粉效率的提高也有重要的参考价值。