Mn<sup>4+</sup>激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉

屈巧; 张文睿; 贺璐璐; 姬海鹏

doi:10.37188/CJL.20220405

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Mn⁴⁺激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉

发光学基础知识 | 更新时间：2023-06-15

- Mn⁴⁺激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉
  增强出版
- Mn⁴⁺-doped Red-emitting Oxyfluoride Phosphors with Intense Zero Phonon Line
- 发光学报 2023年44卷第5期页码：786-800
- 作者机构：
  
  1.郑州大学材料科学与工程学院郑州市先进能源催化功能材料制备技术重点实验室，河南郑州　450001
  2.郑州大学洛阳校区材料科学与工程学院，河南洛阳　471099
- 作者简介：
  
  [ "屈巧（2000-），女，四川广安人，硕士研究生，2021年于四川师范大学获得学士学位，主要从事Mn4+激活荧光粉的研究。 E-mail： quqiao0321@163.com" ]
  [ "姬海鹏（1989-），男，河南南阳人，博士，副教授，2017年于中国地质大学（北京）获得博士学位，主要从事固体发光材料的研究。 E-mail： jihp@zzu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51902291);中国博士后科学基金(2019M662524);河南省博士后科研启动基金(19030025);河南省重点研发与推广专项(212102210180);河南省青年人才托举工程项目(2022HYTP016)
- DOI：10.37188/CJL.20220405
  中图分类号： O482.31
- 纸质出版日期：2023-05-05，
  
  收稿日期：2022-12-05，
  
  修回日期：2022-12-28，
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屈巧,张文睿,贺璐璐等.Mn⁴⁺激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉[J].发光学报,2023,44(05):786-800.

QU Qiao,ZHANG Wenrui,HE Lulu,et al.Mn⁴⁺-doped Red-emitting Oxyfluoride Phosphors with Intense Zero Phonon Line[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(05):786-800.
屈巧,张文睿,贺璐璐等.Mn⁴⁺激活氟氧化物强零声子线发射红光荧光粉[J].发光学报,2023,44(05):786-800. DOI： 10.37188/CJL.20220405.

QU Qiao,ZHANG Wenrui,HE Lulu,et al.Mn⁴⁺-doped Red-emitting Oxyfluoride Phosphors with Intense Zero Phonon Line[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(05):786-800. DOI： 10.37188/CJL.20220405.

摘要

离子

→

跃迁是宇称和自旋禁戒跃迁，在Mn

激活荧光粉中获得该跃迁的强零声子线（Zero Phonon Line，ZPL）荧光既有科学意义又有应用价值。本文对具有强ZPL发射特征的Mn

激活氟氧化物红光荧光粉的制备、晶体结构和荧光性质进行总结。发现了一些规律：目前强ZPL发射氟氧化物荧光粉中心阳离子有Nb

/Mo

/Ta

四种，Mn

在其中掺杂时都为对高价态离子的不等价取代；基质晶格所含八面体形成畸变是获得强ZPL发射的必要条件；Mn

在部分氟氧化物中ZPL可强于Stokes ν

声子伴峰，而在部分氟氧化物中ZPL又弱于ν

峰强度；强ZPL发射Mn

激活氟氧化物荧光粉中ZPL波长位于619～628 nm之间，与Mn

在常见氟化物中的发光能量接近；ZPL与ν

峰的强度比不仅与基质化学组成有关，对于某一荧光粉，该比值也随制备方法的改变而变化。

Abstract

The

→

transition of Mn

ion is parity- and spin-forbidden. For Mn

-activated phosphors， it is of both scientific and industrial interest to obtain intense zero phonon line （ZPL） emission of this transition. In this review， the synthesis， crystal structure and luminescence property of Mn

-doped oxyfluoride phosphors with intense ZPL were summarized. Some rules have been found. The cations forming octahedron in oxyfluoride phosphors with intense ZPL include Nb

/Mo

/Ta

， which have higher valence state than Mn

and are heterovalent for Mn

substitution. Distortion of octahedron in the oxyfluoride host lattice is necessary to obtain intense ZPL. The ZPL can be more intense than the Stokes ν

phonon sideband emission in some oxyfluorides， while in some others， it can be lower than the ν

emission. The wavelength of the ZPL in typical oxyfluorides is ranging from 619 nm to 628 nm， close to the luminescence energy of Mn

in typical fluorides. The ZPL/ν

（Stokes） intensity ratio is not only dependent on the chemical composition of the phosphor， but also varies with the preparation method for a specific phosphor.

关键词

Mn4+红光荧光粉零声子线氟氧化物

Keywords

Mn4+red-emitting phosphorzero phonon lineoxyfluoride

references

BRIK M G， BEERS W W， COHEN W， et al. On the Mn4+ R-line emission intensity and its tunability in solids ［J］. Opt. Mater.， 2019， 91： 338-343. doi: 10.1016/j.optmat.2019.03.046http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.046

姬海鹏. Mn4+离子光谱学基础［J］. 发光学报， 2022， 43（8）： 1175-1187. doi: 10.37188/cjl.20220102http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220102

JI H P. Basic knowledge for understanding spectroscopic property of Mn4+ ion ［J］. Chin. J. Lumin.， 2022， 43（8）： 1175-1187. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220102http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220102

MURPHY J E， GARCIA-SANTAMARIA F， SETLUR A A， et al. 62.4： PFS， K2SiF6∶Mn4+： the red-line emitting LED phosphor behind GE’s TriGain TechnologyTM platform ［J］. SID Symp. Digest Techn. Papers， 2015， 46（1）： 927-930. doi: 10.1002/sdtp.10406http://dx.doi.org/10.1002/sdtp.10406

FANG M H， WU W L， JIN Y， et al. Control of luminescence by tuning of crystal symmetry and local structure in Mn4+-activated narrow band fluoride phosphors ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57（7）： 1797-1801. doi: 10.1002/anie.201708814http://dx.doi.org/10.1002/anie.201708814

JI H P， ZHANG Z T， XU J， et al. Advance in red-emitting Mn4+-activated oxyfluoride phosphors ［J］. J. Inorg. Mater.， 2020， 35（8）： 847-856. doi: 10.15541/jim20190554http://dx.doi.org/10.15541/jim20190554

JI H P， HOU X H， MOLOKEEV M， et al. Ultrabroadband red luminescence of Mn4+ in MgAl2O4 peaking at 651 nm ［J］. Dalton Trans.， 2020， 49（17）： 5711-5721. doi: 10.1039/d0dt00931hhttp://dx.doi.org/10.1039/d0dt00931h

WANG Z W， JI H P， XU J， et al. Microsized red luminescent MgAl2O4∶Mn4+ single-crystal phosphor grown in molten salt for white LEDs ［J］. Inorg. Chem.， 2020， 59（24）： 18374-18383. doi: 10.1021/acs.inorgchem.0c03005http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c03005

王兆武，姬海鹏，王飞翔，等. 调控Al2O3晶型控制MgAl2O4∶Mn4+荧光粉中Mn价态研究［J］. 无机材料学报，2021， 36（5）： 513-520. doi: 10.15541/jim20200386http://dx.doi.org/10.15541/jim20200386

WANG Z W， JI H P， WANG F X， et al. Valence state control of manganese in MgAl2O4∶Mn4+ phosphor by varying the Al2O3 crystal form ［J］. J. Inorg. Mater.， 2021， 36（5）： 513-520. （in Chinese）. doi: 10.15541/jim20200386http://dx.doi.org/10.15541/jim20200386

JI H P， WANG Y C， LI J S. Cation-exchange reaction to prepare Na2WO2F4∶Mn4+ with intense zero phonon line at 619 nm avoiding disproportionation reaction ［J］. Ceram. Int.， 2023， 49（6）： 10056-10063. doi: 10.1016/j.ceramint.2022.11.186http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.186

LIU Y， LI H， TANG S， et al. A red-emitting phosphor K2 ［MoO2F4］·H2O∶Mn4+ for warm white light-emitting diodes with a high color rendering index ［J］. Mater. Res. Bull.， 2020， 122： 1106675-1-5. doi: 10.1016/j.materresbull.2019.110675http://dx.doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110675

WU J， WANG B， LIU Z Y， et al. A novel Mn4+-activated layered oxide-fluoride perovskite-type KNaMoO2F4 red phosphor for wide gamut warm white light-emitting diode backlights ［J］. Dalton Trans.， 2021， 50（32）： 11189-11196. doi: 10.1039/d1dt01863ahttp://dx.doi.org/10.1039/d1dt01863a

ZHOU Y Y， MING H， ZHANG S， et al. Unveiling Mn4+ substitution in oxyfluoride phosphor Rb2MoO2F4∶Mn4+ applied to wide-gamut fast-response backlight displays ［J］. Chem. Eng. J.， 2021， 415： 128974-1-7. doi: 10.1016/j.cej.2021.128974http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.128974

HE S G， YAO L Q， CAI W T， et al. A novel Mn4+ doped oxyfluoride red phosphor for rapid-response backlights display ［J］. Dalton Trans.， 2020， 49（32）： 11290-11299. doi: 10.1039/d0dt02093ahttp://dx.doi.org/10.1039/d0dt02093a

STOLL C， SEIBALD M， BAUMANN D， et al. HF-free solid-state synthesis of the oxyfluoride phosphor K3MoOF7∶Mn4+ ［J］. Eur. J. Inorg. Chem.， 2019， 2019（29）： 3383-3388. doi: 10.1002/ejic.201900634http://dx.doi.org/10.1002/ejic.201900634

HOU J S， YIN W X， DONG L P， et al. A novel red-emitting Na2NbOF5∶Mn4+ phosphor with ultrahigh color purity for warm white lighting and wide-gamut backlight displays ［J］. Materials （Basel）， 2021， 14（18）： 5317-1-11. doi: 10.3390/ma14185317http://dx.doi.org/10.3390/ma14185317

SRIVASTAVA A M， ACKERMAN J F. Synthesis and luminescence properties of barium niobium oxide fluoride （BaNbOF5） with isolated ［NbOF5］2- octahedra ［J］. Chem. Mater.， 1992， 4（5）： 1011-1013. doi: 10.1021/cm00023a016http://dx.doi.org/10.1021/cm00023a016

DONG X L， PAN Y X， LI D， et al. A novel red phosphor of Mn4+ ion-doped oxyfluoroniobate BaNbOF5 for warm WLED applications ［J］. CrystEngComm， 2018， 20（37）： 5641-5646. doi: 10.1039/c8ce01304ghttp://dx.doi.org/10.1039/c8ce01304g

PANG G， HONG F， LIU X Y， et al. Moisture-resistant Nb-based fluoride K2NbF7∶Mn4+ and oxyfluoride phosphor K3（NbOF5）（HF2）∶Mn4+： synthesis， improved luminescence performance and application in warm white LEDs ［J］. Dalton Trans.， 2021， 50（46）： 17290-17300. doi: 10.1039/d1dt03341ghttp://dx.doi.org/10.1039/d1dt03341g

HU T， LIN H， CHENG Y， et al. A highly-distorted octahedron with a C2v group symmetry inducing an ultra-intense zero phonon line in Mn4+-activated oxyfluoride Na2WO2F4 ［J］. J. Mater. Chem. C， 2017， 5（40）： 10524-10532. doi: 10.1039/c7tc03655hhttp://dx.doi.org/10.1039/c7tc03655h

CAI P Q， WANG X F， SEO H J. Excitation power dependent optical temperature behaviors in Mn4+ doped oxyfluoride Na2WO2F4 ［J］. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2018， 20（3）： 2028-2035. doi: 10.1039/c7cp07123jhttp://dx.doi.org/10.1039/c7cp07123j

HU T， LIN H， GAO Y， et al. Host sensitization of Mn4+ in self-activated Na2WO2F4∶Mn4+ ［J］. J. Am. Ceram. Soc.， 2018， 101（8）： 3437-3442. doi: 10.1111/jace.15521http://dx.doi.org/10.1111/jace.15521

HU M Q， LIU Z F， XIA Y J， et al. The photoluminescence adjustment of red phosphors ANaWO2F4∶Mn4+ （A = Li， Na， K） by suitable tolerance factor designing ［J］. J. Mater. Sci. Mater. Electron.， 2020， 31（6）： 4535-4541. doi: 10.1007/s10854-020-03004-7http://dx.doi.org/10.1007/s10854-020-03004-7

STOLL C， HEYMANN G， SEIBALD M， et al. K3WOF7∶Mn4+—A red oxyfluoride phosphor ［J］. J. Fluorine Chem.， 2019， 226： 109356-1-7. doi: 10.1016/j.jfluchem.2019.109356http://dx.doi.org/10.1016/j.jfluchem.2019.109356

ZHOU Y， ZHANG S， WANG X M， et al. Structure and luminescence properties of Mn4+-activated K3TaO2F4 red phosphor for white LEDs ［J］. Inorg. Chem.， 2019， 58（7）： 4412-4419. doi: 10.1021/acs.inorgchem.8b03577http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b03577

WU J， WANG B， LIU Z Y， et al. Mn4+-activated oxyfluoride K3TaOF6 red phosphor with intense zero phonon line for warm white light-emitting diodes ［J］. RSC Adv.， 2021， 11（42）： 26120-26126. doi: 10.1039/d1ra05174ahttp://dx.doi.org/10.1039/d1ra05174a

HE S G， XU F F， HAN T T， et al. A Mn4+-doped oxyfluoride phosphor with remarkable negative thermal quenching and high color stability for warm WLEDs ［J］. Chem. Eng. J.， 2020， 392： 1236667-1-10. doi: 10.1016/j.cej.2019.123657http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2019.123657

MARVEL M R. Cation⁃anion Interactions in Solid State Oxide Fluorides ［D］. Evanston： Northwestern University， 2008. doi: 10.1002/chin.200807017http://dx.doi.org/10.1002/chin.200807017

WANG Z L， YANG Z Y， YANG Z F， et al. Red phosphor Rb2NbOF5∶Mn4+ for warm white light-emitting diodes with a high color-rendering index ［J］. Inorg. Chem.， 2019， 58（1）： 456-461. doi: 10.1021/acs.inorgchem.8b02676http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b02676

SRIVASTAVA A M， ACKERMAN J F. Synthesis and luminescence properties of Cs2NbOF5 and Cs2NbOCl5 with isolated ［NbOX5］2 （X = F-， Cl-） octahedra ［J］. Mater. Res. Bull.， 1991， 26（6）： 443-448. doi: 10.1016/0025-5408(91)90183-mhttp://dx.doi.org/10.1016/0025-5408(91)90183-m

WANG Q， YANG Z Y， WANG H Y， et al. Novel Mn4+-activated oxyfluoride Cs2NbOF5∶Mn4+ red phosphor for warm white light-emitting diodes ［J］. Opt. Mater.， 2018， 85： 96-99. doi: 10.1016/j.optmat.2018.08.050http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2018.08.050

YANG Z Y， YANG Z F， WEI Q W， et al. Luminescence of red-emitting phosphor Rb5Nb3OF18∶Mn4+ for warm white light-emitting diodes ［J］. J. Lumin.， 2019， 210： 408-412. doi: 10.1016/j.jlumin.2019.03.003http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.03.003

TANG S， LIU Y， LI H， et al. Luminescent properties of a red-emitting oxyfluoride phosphor Rb2WO2F4∶Mn4+ ［J］. J. Lumin.， 2020， 224： 117291-1-5. doi: 10.1016/j.jlumin.2020.117291http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2020.117291

CAI P Q， QIN L， CHEN C L， et al. Luminescence， energy transfer and optical thermometry of a novel narrow red emitting phosphor： Cs2WO2F4∶Mn4+ ［J］. Dalton Trans.， 2017， 46（41）： 14331-14340. doi: 10.1039/c7dt02751fhttp://dx.doi.org/10.1039/c7dt02751f

ABRAHAMS S C. New ferroelectric inorganic materials predicted in point group 4 mm ［J］. Acta Crystallogr. Sect. B， 1996， 52（5）： 790-805. doi: 10.1107/s0108768196004594http://dx.doi.org/10.1107/s0108768196004594

ROBINSON K， GIBBS G V， RIBBE P H. Quadratic elongation： a quantitative measure of distortion in coordination polyhedra ［J］. Science， 1971， 172（3983）： 567-570. doi: 10.1126/science.172.3983.567http://dx.doi.org/10.1126/science.172.3983.567

BOČA M， MONCOĹ J， NETRIOVÁ Z， et al. Variation of oxygen content in selected potassium fluorido-oxido-tantalate phases ［J］. Solid State Sci.， 2011， 13（12）： 2190-2195. doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2011.10.006http://dx.doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2011.10.006

WANG Z W， WANG X Y， JI H P， et al. BaTiF6∶Mn4+ red phosphor： Synthesis of single crystals at room temperature and the high hydrolysis-resistant property ［J］. Inorg. Chem.， 2021， 60（17）： 13212-13221. doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c01601http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c01601

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