幾種離子摻雜Zn2GeO4的發(fā)光和光催化性能研究.pdf

1、鍺酸鋅(Zn2GeO4)是一種自激發(fā)藍色熒光粉，因其擁有適宜的電導率和較高的穩(wěn)定性而被認為是一種潛在的光發(fā)射器件基質材料，此外該材料還擁有良好的的光催化性能。近年來大量報道稱某些離子摻雜Zn2GeO4可以成為長余輝發(fā)光材料，如Zn2GeO4:Eu; Zn2GeO4:Mn2+等，Zn2GeO4基質本身幾乎不能觀察到長余輝現(xiàn)象，但迄今為止關于改善Zn2GeO4基質長余輝發(fā)光的報道還比較少。我們知道在無機半導體材料晶體中引入陷阱能級是提升材料

2、物理性能和開發(fā)新功能的一種有效方式，而離子摻雜被認為是在材料合成中引入陷阱的常用手段?？紤]到Ti4+、Si4+離子和Ge4+離子具備相等的電荷量和相近的離子半徑，我們希望通過Zn2GeO4基質中摻雜Ti4+、Si4+離子的方式引入陷阱能級，分析Ti4+、Si4+離子摻雜對Zn2GeO4基質長余輝發(fā)光性能的影響。此外，我們分析了稀土離子Eu3+摻雜對Zn2GeO4:Mn2+長余輝和光催化性能的影響，討論了長余輝和光催化性能之間的聯(lián)系。

3、r>　　通過高溫固相法合成了Zn2GeO4和Zn2Ge1-xO4:xTi4+(x=3％,5%,10%)系列粉末樣品，并通過X射線粉末衍射來表征他們的結構。通過激發(fā)譜，發(fā)射譜和余輝衰減曲線來表征Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉的光致發(fā)光性能和長余輝發(fā)光性能。在Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉中能夠觀察到與Zn2Ge1-xO4基質一致的發(fā)光峰，并且其長余輝發(fā)光性能得到顯著提升，說明Ti4+離子摻雜能夠延長基質材料的余輝時間。樣品

4、材料的熱釋光譜表明Ti4+離子摻雜能夠增加材料的陷阱濃度。實驗結果表明在Zn2Ge1-xO4:xTi4+熒光粉中Ti4+離子替代Ge4+位置會引入新的陷阱能帶，由于Ti4+光還原成Ti3+過程中需要捕獲電子使得該陷阱能帶是作為電子陷阱中心而存在。這個靠近基質導帶底的陷阱能帶能夠捕獲電子而阻礙電子與空穴復合，從而延長樣品的長余輝發(fā)光時間。
　　通過高溫固相反應法成功合成Zn2GeO4和Zn2SixGe1-xO4(x=0.2,0.4,

5、0.6)系列樣品。樣品的X射線衍射圖表明Si4+離子摻雜并沒有改變Zn2GeO4的晶體結構，而是使得樣品的衍射峰往高角度移動，說明Si4+離子摻雜會替換Ge4+晶格位置而發(fā)生晶格收縮。樣品的激發(fā)譜和發(fā)射譜隨著Si4+離子摻雜濃度的增加均發(fā)生明顯的藍移現(xiàn)象，這可能與Si4+離子替代Zn2GeO4晶體中的Ge4+位置而發(fā)生晶格局部扭曲有關。樣品的吸收譜表明Si4+離子摻雜濃度的增加，樣品的禁帶寬度得到增加。熱釋光曲線表明Si4+離子摻雜能夠

6、在Zn2SixGe1-xO4系列樣品中引入新的陷阱能級。這些能夠儲存并傳遞能量的陷阱中心有助于延長樣品的長余輝發(fā)光時間。
　　通過高溫固相反應合成得到的Zn2GeO4:Mn2+, Eu3+樣品粉末。通過X射線粉末衍射和掃描電子顯微鏡分別表征樣品粉末的物相結構和形貌。Eu3+離子的摻雜使得合成樣品的光催化性能和長余輝性能得到顯著提高。熱釋光曲線表明Zn2GeO4:Mn2+, Eu3+樣品的陷阱濃度發(fā)生大幅度增加，這是Eu3+離子的摻