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锗酸锌(Zn2GeO4)是一种自激发蓝色荧光粉,因其拥有适宜的电导率和较高的稳定性而被认为是一种潜在的光发射器件基质材料,此外该材料还拥有良好的的光催化性能。近年来大量报道称某些离子掺杂Zn2GeO4可以成为长余辉发光材料,如Zn2GeO4:Eu;Zn2GeO4:Mn2+等,Zn2GeO4基质本身几乎不能观察到长余辉现象,但迄今为止关于改善Zn2GeO4基质长余辉发光的报道还比较少。我们知道在无机半导体材料晶体中引入陷阱能级是提升材料物理性能和开发新功能的一种有效方式,而离子掺杂被认为是在材料合成中引入陷阱的常用手段。考虑到Ti4+、Si4+离子和Ge4+离子具备相等的电荷量和相近的离子半径,我们希望通过Zn2GeO4基质中掺杂Ti4+、Si4+离子的方式引入陷阱能级,分析Ti4+、Si4+离子掺杂对Zn2GeO4基质长余辉发光性能的影响。此外,我们分析了稀土离子Eu3+掺杂对Zn2GeO4:Mn2+长余辉和光催化性能的影响,讨论了长余辉和光催化性能之间的联系。通过高温固相法合成了Zn2GeO4和Zn2Ge1-xO4:xTi4+(x=3%,5%,10%)系列粉末样品,并通过X射线粉末衍射来表征他们的结构。通过激发谱,发射谱和余辉衰减曲线来表征Zn2Ge1-xO4:xTi4+荧光粉的光致发光性能和长余辉发光性能。在Zn2Ge1-xO4:x Ti4+荧光粉中能够观察到与Zn2Ge1-xO4基质一致的发光峰,并且其长余辉发光性能得到显著提升,说明Ti4+离子掺杂能够延长基质材料的余辉时间。样品材料的热释光谱表明Ti4+离子掺杂能够增加材料的陷阱浓度。实验结果表明在Zn2Ge1-xO4:xTi4+荧光粉中Ti4+离子替代Ge4+位置会引入新的陷阱能带,由于Ti4+光还原成Ti3+过程中需要捕获电子使得该陷阱能带是作为电子陷阱中心而存在。这个靠近基质导带底的陷阱能带能够捕获电子而阻碍电子与空穴复合,从而延长样品的长余辉发光时间。通过高温固相反应法成功合成Zn2GeO4和Zn2SixGe1-xO4(x=0.2,0.4,0.6)系列样品。样品的X射线衍射图表明Si4+离子掺杂并没有改变Zn2GeO4的晶体结构,而是使得样品的衍射峰往高角度移动,说明Si4+离子掺杂会替换Ge4+晶格位置而发生晶格收缩。样品的激发谱和发射谱随着Si4+离子掺杂浓度的增加均发生明显的蓝移现象,这可能与Si4+离子替代Zn2GeO4晶体中的Ge4+位置而发生晶格局部扭曲有关。样品的吸收谱表明Si4+离子掺杂浓度的增加,样品的禁带宽度得到增加。热释光曲线表明Si4+离子掺杂能够在Zn2SixGe1-xO4系列样品中引入新的陷阱能级。这些能够储存并传递能量的陷阱中心有助于延长样品的长余辉发光时间。通过高温固相反应合成得到的Zn2GeO4:Mn2+,Eu3+样品粉末。通过X射线粉末衍射和扫描电子显微镜分别表征样品粉末的物相结构和形貌。Eu3+离子的掺杂使得合成样品的光催化性能和长余辉性能得到显著提高。热释光曲线表明Zn2GeO4:Mn2+,Eu3+样品的陷阱浓度发生大幅度增加,这是Eu3+离子的掺杂在基质中形成陷阱中心所引起的。这些陷阱中心能够捕获电子或者空穴,从而抑制电子和空穴的复合来提升样品材料的光催化性能和长余辉发光性能。