我院吴明娒教授、周磊副教授在稀土发光材料开发取得的新进展

类太阳光发射一直是人造光源努力的方向，类太阳光光源在智慧农业、可见光通讯、光传感、健康照明、光电检测等领域具有广阔的应用前景。目前，氙灯凭借高亮度、连续的发射谱带等特点常用于模拟太阳光。但是，氙灯受发光延迟、高热量、价格高、需要额外的电压控制器等影响，使其在诸多领域应用受限，如便携式微型化实时光电检测领域。开发出成本低的小型化类太阳光光源成为当下面临的难题。针对上述问题，中山大学化学工程与技术学院吴明娒教授、周磊副教授团队和海洋科学学院王佳琪副教授，瑞士洛桑联邦理工学院Jean-Claude G. Bünzli教授合作报道了一种类太阳光发射单一相荧光粉，适用于作为微型化类太阳光源。

如图1所示，作者选择以β-Ca₃(PO₄)₂构型的Ca₉LiMg(PO₄)₇的作为基质材料，由于其丰富的阳离子格位，可为Eu²⁺提供丰富的寄居环境。为实现Eu²⁺在这些格位上的合理分布，通过Al³⁺异价取代Mg²⁺进行合理的局域结构调控。

图1. Ca₉LiMg_1-xAl_2x/3(PO₄)₇:Eu²⁺荧光粉的结构表征

通过局域结构调控的方式制备出了一种半高宽达到330 nm的超宽带类太阳光发射的荧光粉Ca₉LiMg_1-xAl_2x/3(PO₄)₇:Eu²⁺。，研究发现，通过Al³⁺异价取代Mg²⁺引起的局域结构变化，一方面，有利于促进了Eu³⁺的还原，增大荧光粉的发光强度；另一方面，引起Eu²⁺在阳离子格位上的再分布，拓宽发射谱峰（如图2所示）。

图2. Ca₉LiMg_1-xAl_2x/3(PO₄)₇:Eu²⁺荧光粉的光学性质分析

通过实验分析和理论计算分析了异价取代引起的局域结构变化规律以及Eu²⁺再分布机制（如图3）。Al³⁺替代Mg²⁺占据在MgO₆多面体，由于Al³⁺于Mg²⁺的半径差异，导致MgO₆多面体收缩，间接引起其他阳离子格位的膨胀或收缩，为Eu²⁺的再分布创造了条件。

图3. Ca₉LiMg_1-xAl_2x/3(PO₄)₇:Eu²⁺荧光粉的结构及光学性质调控机制

将由此超宽带荧光粉制备的白光LED作为一种自制吸收光谱测试装置的光源，进行了12种不同颜色有机染料的吸收光谱测试，并结合机器学习的方式，最终可以实现对不同颜色、不同浓度的染料进行精确分辨（如图4）。通过概念性验证试验，证实了这种荧光粉有望应用于微型化类太阳光光源。

图4. Ca₉LiMg_1-xAl_2x/3(PO₄)₇:Eu²⁺荧光粉作为微型类太阳光光源的验证试验

上述成果以“Achieving Ultra-Broadband Sunlight-Like Emission in Single-Phase Phosphors: The Interplay of Structure and Luminescence”为题发表于Adv. Mater.期刊。论文第一作者为中山大学已毕业博士生刘水富，化工学院副研究员李丽仪为共同一作，周磊副教授，王佳琪副教授，Jean-Claude G. Bünzli教授和吴明娒教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金及其与广东省联合基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202406164