高效率Eu2+单掺杂单相全光谱白光发射荧光粉的缺陷/结构调控及其发光机理研究

The development of full-spectrum LED is restricted by the lack of high-efficiency single-phase full-spectrum white-light-emitting phosphors and by the difficulty in tuning the crystal field of the emission centers through traditional reduction methods. We propose to develop a Eu2+ singly doped M10M'(PO4) 7 (M = Ca, Sr, Ba; M'= Li, Na, K；Abbreviated as MM'P) single-phase full-spectrum white-light-emitting phosphors based on a topochemical reaction strategy. This project will explore the effect of defect/oxygen vacancy on the crystal structure and coordination polyhedron configuration in the metastable phase MM'P:Eu2+. The relationship between the local structure of the luminescence centers and their luminescence properties (spectra changes, quantum efficiency, etc.) will be investigated in detail. This study potentially offers a new route to break through the research bottleneck in the development of the high-efficiency Eu2+ singly doped single-phase full-spectrum white-light-emitting phosphors, and provide theoretical basis and technical support for the design and development of full-spectrum white-light-emitting luminescent conversion materials.

针对全光谱LED缺少高效率单相全光谱白光发射荧光转换材料以及传统还原方法无法实现发光中心晶体场调控的现状，本项目提出基于拓扑化学反应原理开发一种Eu2+单掺β-Ca3(PO4)2结构M10M’(PO4)7(M = Ca, Sr, Ba；M’= Li, Na, K；简写为MM’P)体系单相全光谱白光发射荧光粉的研究方案，通过材料中缺陷/氧空位的调控实现荧光粉全光谱发光调制及量子效率提升。本项目将探讨缺陷/氧空位对亚稳相MM’P:Eu2+晶体结构和配位多面体构型的影响，并深入研究发光中心配位构型、局域结构情况与其发光性能（光谱变化、量子效率等）的关联关系。以期通过本项目的研究突破单掺离子在单相材料中实现高效率全光谱发射的研发瓶颈，为全光谱LED荧光转换材料的设计开发提供理论依据及技术支撑。

针对全光谱LED缺少高效率单相全光谱发射荧光转换材料以及传统还原方法无法实现发光中心晶体场调控的现状，本项目提出基于拓扑化学反应原理开发一种Eu2+单掺β-Ca3(PO4)2结构体系单相全光谱发射荧光粉的研究方案，通过结构中缺陷/氧空位的制造和调控实现荧光粉全光谱发光调制及量子效率提升。围绕研究内容，在国内外重要期刊上发表论文15篇，其中1区期刊1篇，IF>8期刊论文1篇，IF>3期刊论文10篇。申请国家发明专利8项，其中授权专利3项，申请国际PCT专利2项，研究成果获中国轻工业联合会技术发明奖一等奖、上海市技术发明奖二等奖。本项目的主要研究内容如下：. 1，在具有结构代表性的钙钛矿结构材料中实施拓扑化学反应，通过结构解析和发光性能分析，揭示了拓扑化学反应实现量子效率大幅提升的机制：拓扑化学反应通过在结构中制造氧空位的方式，实现了目标阳离子的还原和晶体场环境调控，释放了阳离子所受的化学压力挤占，是了荧光材料量子效率从3.1%到58.9%的大幅提升;. 2，基于拓扑化学反应原理，开发了一系列Eu2+单掺β-Ca3(PO4)2结构的单相全光谱发射荧光粉。相比于传统气氛还原方法得到仅能得到单色（蓝色）荧光粉，采用拓扑还原技术制备的Eu2+掺杂Ca10K(PO4)7荧光粉，在365nm紫外光激发下，表现出波长涵盖400-800nm的全光谱发射特性，光谱连续，无缺失，量子效率达89.91%。结果分析表明，拓扑化学反应抽取了发光中心的配位氧，改变了发光中心的配位结构和晶体场环境，从而实现了全光谱发光调控和量子效率提升。基于本项目研发的一种全光谱荧光粉配合紫外芯片封装的LED光源，显色指数达92，最高达95。. 本项目突破单掺离子在单相材料中实现高效率全光谱发射的研发瓶颈，为全光谱发射LED荧光转换材料的设计开发提供理论依据及技术支撑。