Bi3+掺杂Gd3BWO9蓝色荧光粉的合成与发光性质研究

殷彩珍，杨幸玲，胡丽君，韦晓贤，莫福旺1，

（1.广西碳酸钙资源综合利用重点实验室；2.贺州学院材料与化学工程学院，广西 贺州 542899）

Bi元素素有“奇异元素”的美誉，其价电子排布为[Xe]4f145d106s26p3，最外层电子排布为半满状态，受到激发时电子容易转移，形成多种价态的铋离子，当铋的价态为+3价时，在紫外区有强且宽的吸收，其发光易受晶体场环境的影响而呈现紫外至红色的光色发射[1-3]。

Gd3BWO9具有P63构型，具有d0电子组态的W6+通过有效的电荷迁移态（CTS）有效地吸收紫外或近紫外光的能量，基团中的BO33-具有较强的还原性，可以抑制金属离子的氧化[4-5]。

本文以Bi3+为研究对象，Gd3BWO9为基质化合物，进行Bi3+掺杂发光材料的制备、结构表征、发光性质及光热稳定性的研究，并对其发光机理进行分析解释，希望能够开发出一种发光效率高、光热稳定性高、能被紫外或近紫外有效激发且光色可调的荧光粉。

1 试验部分

1.1 Gd3BWO9:Bi3+黄色荧光粉的合成

用高温固相法，在空气气氛条件下合成Bi3+掺杂的Gd3BWO9基质荧光粉，称取固定摩尔量的Gd2O3、WO3、H3BO3、Bi2O3置于玛瑙研钵中，用研杵研磨均匀，将研磨后的混合物置于刚玉干锅中然后升温至1000oC煅烧7 h，自然冷却后取出研磨即得所需样品。

1.2 样品测试

用日本理学Rigaku Ultra Ⅳ X射线衍射仪测试样品的晶体结构，样品的发光性质用以Xe灯为光源的日立F2500荧光分光光度计进行测试，所有的测试都是在室温环境下进行。

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

图1 样品Gd3BWO9:Bi3+的XRD图谱

图1是不同掺Bi3+量的样品的XRD图谱，用固相法制备的不同掺杂量的粉末的XRD图谱与Gd3BWO9的标准谱图比较完全符合，说明制备得到的是Gd3BWO9的纯相，样品属于六方晶系，P63（173）晶群。依据文献，Gd3+、B3+、W6+、Bi3+的离子半径分别为94 pm、27 pm、41 pm、96 pm，所以Bi3+趋于取代Gd3+的格位[6]。

2.2 样品的发光性质分析

单掺Bi3+量为10 mol%的样品的激发和发射图谱如图2（a）所示，在496 nm光的监测下，样品的激发波谱分为两个部分，一部分从220 nm至320 nm左右，对应于Bi3+的1S0→1P1跃迁吸收，另外的部分从320 nm至370 nm，归属于Bi3+的1S0→3P1跃迁吸收[7-9]。用340 nm的光激发样品时，得到的是不对称的宽发射峰，最大峰位于496 nm处，对应于Bi3+的轨道-自旋耦合允许跃迁3P1→1S0，在340 nm激发光的激发下，样品发出较强的蓝色荧光[10-12]。

图2（b）是不同掺Bi3+量样品的激发和发射图谱，在340 nm波长光的激发下，样品在496 nm处的发射光强度随着掺杂量的增加逐步减小，这是由于随着Bi3+浓度增加，发光中心浓度升高，相邻Bi3+之间的距离变短，电多级交互作用增强促使能量转移现象增强，导致发光减弱，发生浓度猝灭效应，说明Bi3+最佳掺杂浓度为2 mol%[12]。

图2 Gd3BWO9:xBi3+荧光粉的激发（λex=496 nm）和发射（λex=340 nm）图谱

3 结论

用高温固相法合成了Gd3BWO9:Bi3+系列蓝色荧光粉，用XRD、荧光分光光度计测试了荧光粉的晶体结构发光性能。XRD表征表明，少量Bi3+掺杂对荧光粉的空间结构未产生显著的影响。Gd3BWO9:Bi3+荧光粉样品属于六方晶系，P63（173）空间群，200～320 nm和320～370 nm的激发峰分别属于Bi3+的1S0→1P1和1S0→3P1跃迁吸收。以340 nm作为激发光源，笔者发现样品的发射峰位于496 nm处，对应于Bi3+的3P1→1S0跃迁。