郑州大学卢思宇、张保卫丨Nano Res.丨一种具有强抗热猝灭性能的红色荧光粉:Cs₂ZrCl₆:Sb³⁺

1. 摘要

大多数荧光粉在高温下会因热激活非辐射跃迁而发生热猝灭（TQ）。热猝灭效应会导致荧光粉在高工作温度下发光效率显著降低，阻碍其在高功率荧光转换型白光发光二极管（WLED）中的应用。本文报道了一种零维金属卤化物钙钛矿：Cs₂ZrCl₆:Sb³⁺，其在高达500 K的温度下表现出强抗热猝灭红色发射，与主流抗热猝灭荧光粉（如K₂SiF₆:Mn⁴⁺）相当。Sb³⁺的异价掺杂诱发基质产生结构缺陷，从而在高温下通过缺陷向发光中心的热加速能量传递来补偿非辐射发射损失。我们将该红色抗热猝灭荧光粉组装成白光发光二极管（WLED）器件，在电流高达2000 mA时仍能实现稳定的输出光强度与色度。

2. 图文导读

图1 (a) Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺（x = 0.5%、1.0%、2.1%、2.6%、3.3%、3.5%、4.6%）的粉末X射线衍射图谱。插图为24°处的衍射峰偏移。同时给出Cs₂ZrCl₆的标准X射线衍射图谱（ICSD No. 26695）作为参考。(b) 375 nm激发下，Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺在不同温度（280–500 K）下的光致发光光谱。(c) Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺的归一化变温光致发光光谱（以300 K下的光致发光强度为1进行归一化）。(d) Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺从300 K到500 K的十次加热–冷却循环。分别在300 K（黑点）和500 K（红点）下记录光致发光强度（以300 K下的光致发光强度为1进行归一化）。(e) 一个加热–冷却循环中，Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺在298到523 K范围内的变温X射线衍射图谱。

图3 白光LED在高工作电流下的性能。(a) 在50–2000 mA高通量工作电流下，涂覆于紫外LED芯片上的Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺（红线与三角）、商用红色荧光粉CaAlSiN₃:Eu²⁺（橙线与圆点）、商用抗热猝灭荧光粉K₂SiF₆:Mn⁴⁺（蓝线与方块）及碳点（绿线与五边形）的电致发光光谱。同时记录紫外LED芯片的电致发光强度作为参考（灰线与星形）。(b) 以Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺为红色荧光粉、Rb₃InCl₆:xSb³⁺为绿色荧光粉的白光LED在50–2000 mA电流范围内的电致发光光谱。(c) 在50–2000 mA电流范围内，分别以Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺（红线与三角）、商用红色荧光粉CaAlSiN₃:Eu²⁺（橙线与圆点）、商用抗热猝灭荧光粉K₂SiF₆:Mn⁴⁺（蓝线与方块）及碳点（绿线与五边形）作为红色荧光粉、并以Rb₃InCl₆:xSb³⁺作为绿色荧光粉的白光LED的归一化电致发光强度光谱。(d) 基于Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺（三角）的CIE色度坐标，并与商用红色荧光粉CaAlSiN₃:Eu²⁺（圆点）、商用抗热猝灭荧光粉K₂SiF₆:Mn⁴⁺（方块）及碳点（五边形）对比。(e) 采用Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺的白光LED照片，以及(f) 采用商用红色荧光粉CaAlSiN₃:Eu²⁺的白光LED分别在低电流（300 K，左侧）与高电流（450 K，右侧）下的照片。

3. 结论

本研究合成了Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺荧光粉，其表现出强抗热猝灭行为，在500 K时仍能保持室温（300 K）荧光强度的120%。异价掺杂在基质晶格中诱发了高浓度缺陷。通过缺陷向发光中心的热激活能量传递，非辐射发射损失得到补偿，从而实现强抗热猝灭。以该抗热猝灭金属卤化物作为红光（Cs₂ZrCl₆:xSb³⁺）和绿光（Rb₃InCl₆:xSb³⁺）发光组分，制备了高功率白光LED器件，即使在高达2000 mA的工作电流下仍能保持稳定的发光强度与色度。我们希望本研究能进一步推动新型抗热猝灭金属卤化物荧光粉的发现与拓展。

4. 原文链接

https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908432

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