《新型太陽光能雙轉換材料的設計與合成方法學研究》是依託湖南師範大學，由廉世勛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型太陽光能雙轉換材料的設計與合成方法學研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廉世勛
- 依託單位：湖南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於密度泛函理論，選擇BaY2S4和金屬離子R（Cu+/Pb2+/Bi3+等），分別計算三元硫化物的能帶結構和R離子在BaY2S4中的能級狀態，在理論上尋找有藍光發射可能的螢光粉組成。以金屬硝酸鹽為起始原料，共摻R和Er3+，採用碳還原硫酸鹽→管式立式裝料→微波輻射加熱技術路線合成化學性質穩定、具有雙激發（Dual-Excitation）和雙發射(Dual-Emission)的發光材料；通過試製微波加熱新裝置和研究碳還原硫酸鹽機理髮展合成三元硫化物的新方法。以Ca2+/Sr2+/Zn2+等部分取代Ba2+離子、Al3+/Ga3+部分取代Y3+形成固溶體調節光譜峰位和強度。項目旨在建立摻雜鹼土稀土三元硫化物發光性質的理論預測和製備新方法，為開發農用太陽能新材料提供理論和技術儲備。本項目屬於螢光材料性質與結構的理論基礎研究和相應的製備科學，對開發新材料具有重要意義。
結題摘要
本項目在四個方面有所創新：1. 在周期性邊界條件下，根據BaY2S4的晶體結構建立了能帶結構的計算模型，運用TD-DFT理論和CASTEP軟體包計算過渡金屬離子Zn2+等和稀土離子Eu2+、Er3+在BaY2S4中態密度(DOS)和部分態密度(PDOS)，以及Eu2++Er3+共摻BaY2S4的DOS和PDOS。從電子結構上認識了固溶體(Ba,Zn)Y2S4的能帶結構和Eu2++Er3+雙摻雜BaY2S4的能帶結構，很好地解釋了Eu2+向Er3+的能量傳遞機理。並發現BaY2S4:Ho3+是一種新型黃色螢光粉。2. 發展了一種合成低價銪離子（Eu2+）激活硫氧化物螢光粉的新方法。在保護氣氛下，依據共軛離子對氧化還原反應原理（Eu3++Ce3+→Eu2++Ce3+），合成了CaZnOS:Eu2+,Ce3+螢光粉。仔細研究了Eu2+特徵發光與共軛離子對氧化還原反應之間的關係。發現CaZnOS:Eu2+,Ce3+具有與CaS:Eu2+非常相似的發光性質。我們還發展了一種碳熱還原法合成三元硫化物螢光粉的新方法。該方法能夠一步合成Ba2ZnS3螢光粉而不需要使用BaS和CS2氣體。發現Ba2ZnS3:Mn2+,Eu2+是一種新型的紫外光和綠光轉紅光材料。這些螢光粉能夠使豐富而環境友好的太陽能得到充分地利用。3. 採用溶膠凝膠法合成了紅色螢光粉Ca1-nMgnTiO3:Eu3+,Bi3+。在近紫外光（399 nm）和藍光（474 nm）激發下，螢光粉Ca0.9Mg0.1TiO3:0.18Eu3+,0.018Bi3+的發射主峰在615 nm，螢光量子效率分別為0.36和0.41，這比報導的CaMoO4:0.2Bi3+, 0.05Eu3+和商用紅粉Y2O2S:Eu3+的螢光量子效率均高。它可以將太陽光譜中的紫外光有效地轉換成紅光、是一種新型的農用轉光劑；也是一種適合於紫外晶片的白光LED用紅色螢光粉。基於光轉換材料在白光LED方面良好的套用前景，我們還對正矽酸鹽和焦矽酸鹽發白光螢光粉進行了初步研究。4. 設備研究方面，設計並組裝了一套特殊的合成裝置，使硫化物螢光粉的擴大生產有了可能。
