Structural Confinement and Energetic Matching Synergistic Effect toward a High-Energy Transfer Efficiency and a Significant Red Emission Enhancement in a Eu2+,Ln3+ Co-doped Sr9LiMn(PO4)7 Whitlockite Phosphor

荧光粉 化学 红色 镧系元素 发射强度 分析化学(期刊) 兴奋剂 显色指数 色度 光电子学 光学 离子 物理 色谱法 有机化学
作者
Weiying Zhou,Jiaqi Fan,Juan Luo,Lemin Lin,Jiaxin Zhou,Jilin Zhang,Zhenpeng Zhu,Xinguo Zhang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:61 (23): 8767-8781 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.2c00712
摘要

Despite an encouraging progress, Mn2+-activated red phosphors suffer from an insufficient emission intensity and a bad color purity. Thus, it is necessary to find a new strategy to realize a bright red emission through highly efficient Mn2+ sensitization. Herein, manipulating Eu2+-sensitized Sr9LiMn(PO4)7 (SLMP) composition by Ln3+ heterovalent substitution is proved to be able to substantially gain a tremendous Mn2+ emission enhancement and result in a dominant red Mn2+ emission. It is found that the emission enhancement ratio is proportional to the order of lanthanide contraction. Notably, Tb3+ doping realizes a 427-fold rise in the integrated emission intensity compared with the SLMP host, which is close to the theoretical maximum of 500. An underlying mechanism for Mn2+ red emission enhancement is proposed, which is attributed to a high-energy transfer probability from Eu2+ to Mn2+via Ln3+-induced further structural confinement plus an energetic match effect. Meanwhile, homovalent (Ca2+) substitution could precisely tailor Mn2+ emitting color from orange-red to deep red. A warm-white LED device with a low color temperature of 3394 K, a high color-rendering index of 90.2, and suitable CIE coordinates of (0.403, 0.373) is fabricated using optimized phosphor SLMP:Eu2+, Tb3+. These results might reveal a new strategy to develop new red-emitting phosphors with a bright and highly purified red Mn2+ emission.
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