《新型层状稀土磷酸盐材料结构和紫外发光特性基础研究》

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主要研究内容:磷酸盐化合物结构多样,性能卓越,但由于稀土磷酸盐体系化合物结构中稀土原子间的距离较近,易导致荧光淬灭效应。为了解决这个问题,以材料合成、结构表征及性能测试为基础,以理论计算为手段,优化设计合成具有紫外发光特性的碱金属稀土磷酸盐晶体材料。 科学发现点:1.采用高温固相法,合成了新型碱金属稀土磷酸盐材料-LiGd5P2O13和K3Gd5(PO4)6,分别具有新颖的[Gd5P2O13]-和[Gd5(PO4)6]3-阴离子层状结构,得到了2种未见文献报道的磷酸盐体系材料结构类型;2.通过理论计算优化晶体结构,结合实验性能测试,研究表明在具有P4O12基团结构的稀土磷酸盐晶体材料中,碱金属离子在结构中起到“隔离”作用,拉大了稀土原子间的距离,抑制了荧光淬灭效应;3. MCe(PO3)4(M = Na,K)和MGd(PO3)4(M = Na,Rb)具有紫外发光特性;MHo(PO3)4(M = Na,K)在可见光区域区域呈现蓝绿光发射;MTb(PO3)4(M = K,Rb,Cs)在可见光区域区域呈现较强的绿光发射。 科学价值:研究成果解决了理论计算中对稀土元素f电子的处理和如何通过结构调控避免荧光淬灭效应等问题,发现具有P4O12基团的碱金属稀土磷酸盐材料具有较好的光致发光性能,对紫外光晶体材料的开发具有重要的参考价值。分别开发出具有P2O7、P2O8、P2O13、P3O9、P4O12、P5O14、P6O24基团的新型等化学计量比碱金属稀土磷酸盐材料,共计31种晶体,其中首次报道了2个结构新颖的碱金属稀土磷酸盐LiGd5P2O13和K3Gd5(PO4)6,丰富了磷酸盐体系材料的结构类型。 同行引用及评价:研究结果在《Inorganic Chemistry》、《Crystal Growth & Design》、《European Journal of Inorganic Chemistry》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Journal of Solid State Chemistry》等国际刊物发表与该课题密切相关的核心研究论文专著20篇,其中SCI论文15篇,撰写了美国James B. Veliotti主编的专著《New Research on Solid State Chemistry》(ISBN: 1-60021-264-6)中的第6章。8篇代表性论文被发表在《Chemical Reviews》、《Nanoscale》、《Journal of Physical Chemistry C》、《Dalton Transactions》等刊物上的他人引用73次,其中SCI他引70次。引文不乏出自权威刊物,取得了一定的国际影响。成果具有明显的理论科学价值,得到了国内外同行的认可。

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