研究背景

Mn⁴⁺ 激活的氟化物紅色熒光粉具有量子效率高、熱穩(wěn)定性好以及制備簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，并且具有很強(qiáng)的近紫外-藍(lán)光寬帶吸收和紅光窄峰發(fā)射，能夠被 InGaN 藍(lán)光芯片激發(fā)的同時(shí)可降低與其它綠色或黃色熒光粉之間的自吸收效應(yīng)，這些特殊的性質(zhì)完全符合作為暖白光 LED 用紅色熒光粉的要求，從而廣泛應(yīng)用于大功率照明和高清顯示等領(lǐng)域。

但是 Mn⁴⁺ 激活的氟化物紅粉材料對(duì)水分子較為敏感，與水接觸后會(huì)發(fā)生水解從而導(dǎo)致發(fā)光性能急劇降低?；诖?，中山大學(xué)吳明娒教授與其課題組博士生陳穎源和廣東省科學(xué)院的周建邦博士提出了一種全新的以 Nb(V)元素為中心的氟氧化物材料 Cs₃₀ (Nb₂O₂ F₉)₉ (OH) ₃·H₂O:Mn⁴⁺（CNOFM），研究發(fā)現(xiàn)在不需要進(jìn)行任何后處理（表面包覆等）的前提下，CNOFM 就具有非常好的防水穩(wěn)定性，這是因?yàn)?Nb(V)離子可通過抑制材料表面[MnF₆]^2– 的水解從而顯著提高其耐水性能，最后利用 CNOFM 紅粉成功封裝得到了高顯指（R_a = 92.3）、低色溫（CCT = 3271 K）的暖白光 LED 器件。

研究亮點(diǎn)

亮點(diǎn) 1：發(fā)現(xiàn)并提出了一種全新的氟化物紅粉材料Cs₃₀(Nb₂O₂F₉)₉(OH)₃·H₂O:Mn⁴⁺以及確認(rèn)其晶體結(jié)構(gòu)。

▲	圖 1. CNOF 的晶體結(jié)構(gòu)圖。

亮點(diǎn) 2：研究發(fā)現(xiàn) CNOFM 紅粉材料具有優(yōu)異的耐水性能

▲	圖 2. CNOF: 6.7%Mn⁴⁺ 和 KSF(K₂SiF₆): 5.9%Mn⁴⁺ 性能比較圖（a）在水中浸泡不同時(shí)間后在自然光和藍(lán)光輻照下的照片，及（b）發(fā)光強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的變化趨勢(shì)圖。

亮點(diǎn) 3：CNOFM 熒光粉的熱穩(wěn)定性和封裝得到 LED 器件（R_a = 92.3、CCT = 3271 K）

▲	圖 3. CNOFM 紅粉的（a）變溫光譜圖及其（b）平面等高圖，（c）發(fā)光強(qiáng)度隨溫度變化趨勢(shì)圖，（d）CNOFM 和 KSFM 紅粉的色穩(wěn)定性對(duì)比圖，LED 器件的（e）電致發(fā)光圖和（f）色坐標(biāo)圖和器件照片。

總結(jié)與展望

在未進(jìn)行任何后處理的前提下，氟氧化物紅粉材料 Cs₃₀(Nb₂O₂F₉)₉(OH)3·H₂O:Mn⁴⁺ 就具有良好的防水穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn) Nb(V)離子可通過抑制材料表面 Mn⁴⁺ 的水解從而達(dá)到提高其耐水性能的目的，這一發(fā)現(xiàn)為提高 Mn⁴⁺ 激活氟化物紅色發(fā)光材料的防水性能提供了一條新的思路。

論文信息

Novel Mn⁴⁺-activated Fluoride Red Phosphor Cs₃₀(Nb₂O₂F₉)₉(OH)3·H₂O:Mn⁴⁺ With Good Waterproof Stability for WLEDs
Yingyuan Chen, Feilong Liu, Ziwang Zhang, Junyu Hong, Maxim S. Molokeev, Ivan A. Bobrikov, Jianxin Shi, Jianbang Zhou*（周建邦，廣東省科學(xué)院） and Mingmei Wu*（吳明娒，中山大學(xué)）
J. Mater. Chem. C, 2022
http://doi.org/10.1039/D2TC00132B

通訊作者

吳明娒 教授

中山大學(xué)

1993 年 2 月博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所稀土化學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)室（現(xiàn)“稀土資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”），導(dǎo)師為蘇鏘院士和任玉芳研究員，期后，在吉林大學(xué)無機(jī)水熱合成開放實(shí)驗(yàn)室（現(xiàn)“無機(jī)合成與制備化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”）師從徐如人院士開展了博士后研究工作。1995 年入職中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，從事無機(jī)光電材料的研究，期間分別在香港科技大學(xué)化學(xué)系和美國(guó)訪問工作?，F(xiàn)為中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院二級(jí)教授/兼化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院教授，Phosphor Safari 2022 會(huì)議國(guó)際顧問委員會(huì)成員，光學(xué)材料與器件物理學(xué)國(guó)際會(huì)議(ICOM)科學(xué)顧問委員會(huì)成員，2010 年獲中山大學(xué)卓越人才計(jì)劃獎(jiǎng)勵(lì)，曾多次入榜“英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)” 高被引中國(guó)作者。

共同通訊作者

周建邦 助理研究員

廣東省科學(xué)院

周建邦，廣東省科學(xué)院百人計(jì)劃引進(jìn)人才，曾在中山大學(xué)從事博士后研究工作，致力于稀土和過渡金屬無機(jī)光電功能材料及器件等研究工作。以第一或通訊作者身份在 Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. C, Dalton Trans., J. Phys. Chem. C 等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表多篇研究論文。