高效率稀土荧光粉是构建高能效LED光源器件的关键。其中，由于稀土Eu2+激活荧光粉具有吸收效率高、荧光量子效率高、光谱可调和稳定性好等优点，是光源器件应用的一类理想发光材料。一般来说，Eu2+激活发光材料可实现的最高发光效率本质上取决于Eu2+的掺杂浓度。高掺杂浓度可以提供高密度的发光中心，收集更多的激发能量，从而提高发光材料的效率。但是，高掺杂浓度也会引发明显的猝灭过程，从而抵消发射增益，最终导致整体发射强度下降。Eu2+激活发光材料的最佳掺杂浓度通常被限制在非常低的水平，通常为10-3-10-2 M。因此，浓度猝灭现象也就成为了Eu2+激活发光材料实现高效发光所面临的重大挑战。
近日，北京工业大学张新平教授团队联合华南理工大学夏志国教授团队，提出了通过选择具有多种阳离子格位且离子间距较大的基质材料以抑制浓度猝灭的设计策略，从而提高Eu2+激活荧光粉的发光效率。在筛选的Rb3Y(PO4)2基质材料中通过控制Eu2+占据的阳离子格位抑制了浓度猝灭，实现了高达70%的Eu2+离子浓度掺杂，同时，Rb3Y(PO4)2:Eu荧光粉的发光颜色从蓝紫光调控至绿光，其外量子效率从10%提高至41%。该研究工作为研发高效率稀土发光材料提供了新的研究思路。
图1. Eu2+掺杂发光材料的浓度猝灭示意图
Rb3Y(PO4)2具有三种阳离子多面体[Rb1O7]、[Rb2O12]和[YO6]，理论上都有可能被掺杂引入的Eu2+占据。其中，Rb1O7-Rb1O7和YO6-YO6多面体并不直接相连且离子间间距大于5 Å，有可能抑制Eu2+的能量迁移/传递，从而抑制浓度猝灭。
图4. Rb3Y(PO4)2:Eu荧光粉发光机理示意图
总结与展望
本文通过筛选具有多种阳离子格位且离子间距较大的基质材料Rb3Y(PO4)2掺杂稀土Eu2+离子，通过控制Eu2+占据的阳离子格位以降低能量迁移/传递的概率和速率，从而抑制浓度猝灭，实现了Eu2+激活荧光粉的高效发光，所设计的荧光粉在全光谱照明中具有潜在应用。该研究工作表明有针对性地选择合适的基质材料可以抑制浓度猝灭，为研发高效稀土发光材料提供了新的研究思路。
Zhao, M., Ge, Y., Li, Y. et al. Suppressed concentration quenching and tunable photoluminescence in Eu2+-activated Rb3Y(PO4)2 phosphors for full-spectrum lighting. Light Sci Appl 13, 266 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41377-024-01607-x
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