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在稀土离子中，Dy3+离子是荧光粉的重要激活剂，通常在蓝色区域和黄色区域显示两个主要的发射带。Dy3+可以在适当的黄蓝光强度比下实现白光发射。然而，基质中单掺杂Dy3+的发光强度较低，从而限制了其在PC-WLEDs中的应用。因此，提高Dy3+的发射强度，实现光色可调发光和白光发射是一个有意义的课题。
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近日，长春理工大学的董相廷教授和张洪波教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Thermally stable Al4B2O9:Ce3+ nanofibers with intense blue emission and Al4B2O9:Ce3+/Dy3+ nanofibers with color-tunable luminescence and white-light emission via energy transfer”。研究者通过简单的静电纺丝和氧化煅烧技术，设计并成功合成了Ce3+单掺杂和Ce3+/Dy3+共掺杂的一维Al4B2O9纳米纤维，实现了光色可调发光和白光发射，并成功解决Dy3+发光强度弱的问题。
图1：PVP/[Al(NO3)3+H3BO3+Ce(NO3)3]复合纳米纤维(a)，PVP/[Al(NO3)3+H3BO3+Ce(NO3)3+Dy(NO3)3]复合纳米纤维(b)，Al4B2O9:0.3%Ce3+纳米纤维(c)和Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维(d)的SEM图像；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维的TEM图像(e)和HRTEM图像(f)。
所制备的样品具有良好的纤维形态(如图1)。在286 nm紫外光的激发下，Al4B2O9:Ce3+纳米纤维发出强烈的蓝光，可用作蓝色荧光粉(如图2)。在Al4B2O9:x%Ce3+纳米纤维中Ce3+离子掺杂的最佳浓度为0.3%。
图2：Al4B2O9:x%Ce3+纳米纤维的激发(a)和发射(b)光谱；Al4B2O9:x%Ce3+纳米纤维的CIE色度坐标图(c)。
由于单掺杂Dy3+的发光强度较低，因此为了提高Dy3+的发射强度，同时实现光色可调发光和理想的白光发射，在能级匹配工程的帮助下，选择与Dy3+能级匹配且具有强而宽的吸收带的Ce3+离子作为高效敏化剂，并将Ce3+和Dy3+共掺杂在Al4B2O9基质中。为了最大限度地利用Ce3+的发光强度，在Al4B2O9:Ce3+/Dy3+纳米纤维的研究中，选择固定Ce3+的最佳掺杂浓度(0.3%)，改变Dy3+的掺杂浓度。通过多种方法(图3)证明Al4B2O9:Ce3+/Dy3+纳米纤维中Ce3+和Dy3+发生能量传递，并研究其能量传递机理。通过能量传递过程以及调节掺杂的Dy3+离子的浓度成功提高了Dy3+的发射强度并实现光色可调，特别是白光发射(图4)。此外，热稳定性是评估LED照明应用中荧光粉的重要指标。图5可以看出样品具有优异的稳定性。
图3：Al4B2O9:0.3%Ce3+纳米纤维的发射光谱和Al4B2O9:1%Dy3+纳米纤维的激发光谱(a)；重叠部分的放大图(b)；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维的激发光谱(c)；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维在286 nm紫外光激发下的发射光谱(d)和发射峰值强度与Dy3+掺杂浓度的关系曲线(e)。
图4：286 nm紫外光激发下Al4B2O9:0.3%Ce3+/y%Dy3+纳米纤维的CIE色度坐标图。
图5：Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维的温度依赖性发射光谱(a)；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维发射光谱对温度依赖性的二维(2D)映射(b)；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维的温度相关归一化发射强度(积分)(c)；Al4B2O9:0.3%Ce3+/1%Dy3+纳米纤维的ln(I0/I-1)与1/kT的关系图(d)。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157531
人
物
简
介
董相廷，长春理工大学化学与环境工程学院，教授，博士，博士生导师。从事纳米材料与技术研究，主要研究方向为：电纺技术构筑光电磁多功能一维纳米结构材料与特性研究；电纺技术构筑稀土化合物一维纳米材料与发光性能研究；电纺、水热与溶剂热等及其结合技术构筑低维纳米材料与表征，并将所构筑的低维纳米材料应用于光催化分解有机污染物、光催化分解水制氢、电催化析氢和析氧、锂离子电池、锂硫电池、超级电容器和气体传感器中。以第1名获吉林省技术发明一等奖1项、技术发明二等奖1项、自然科学二等奖1项；以通讯作者在Adv. Funct. Mater., Small, Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., ACS AMI, Compos. Sci. Technol., Sensor Actuat B: Chem, J. Mater. Chem. C, Nanoscale等国际重要期刊发表论文500余篇；获授权国家发明专利100余件；研究成果引起领域内同行的高度关注。
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