Adv. Mater. 利用前驱体热分解制备高量子产率的Al(OH)3用于UV驱动的白光二极管

【引言】

磷光转换的白光二极管相比传统光源，比如白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯等具有节能、寿命长、发光效率高的优点。将蓝光发光二极管（LED）和黄色磷光结合起来是通常用来产生白光的方法。然而，这种类型的白光发光二极管（WLED）因为白光光谱中450-500nm处的蓝光尖峰使其具有色度漂移、显色指数低的缺点，并且其发出的蓝光对人眼视网膜具有伤害。紫外线（UV）驱动的白光发光二极管器件（UV-WLEDs）就可以激发出合适的磷光来提高显色系数，并且减少蓝光所带来的伤害。对于UV-WLEDs来说，具有高发光效率的蓝色磷光在白光中具有一定比例。传统的蓝色磷光使用的是掺杂的稀土材料，这些材料具有良好的热稳定性和较高的光致发光量子产率，但是，这些磷光物质发光峰的半高宽在20-60nm之间，且主激发波长小于350nm，因此不能很好地提高显色系数。所以，价格便宜、储量丰富、显色系数高的氢氧化铝就可以作为很好的替代材料。

【成果简介】

众所周知，传统的蓝色发光材料由于使用稀土作为原料，所以价格昂贵，限制了其大规模发展。然而，氢氧化铝由于其不需要稀土元素、较低的价格、环境友好吸引了研究者的关注。

近日，来自香港城市大学的Chen Bingkun和Andrey L. Rogach（共同通讯）报道了利用高量子效率的氢氧化铝作为下转换蓝色荧光材料，得到了高效的白色发光二极管。

实验中通过在氢氧化铝中进行掺杂，并使用前驱体分解的方法，一步合成了具有高发光效率的介孔氢氧化铝材料，这种材料的光致发光谱延伸至400-550nm的范围，并且其绝对光致发光量子产率达到65%。利用其作为UV-WLEDs的蓝色荧光体得到的发光效率为27.5 lm W-1，是目前应用氢氧化铝得到的UV-WLEDs里发光效率最高的。此外，使其结合CuInS2作为红色发光体得到的UV-WLEDs具有高达94的显色指数（CRI）。

【图文导读】

图1 制备示意图及产物的SEM和TEM图

（a）为由碱式醋酸铝制备氢氧化铝的示意图

（b-g）为不同温度下制备的氢氧化铝的SEM图。其中，（b,c）300℃，（d,e）320℃，（f,g）340℃

（h-j）为不同温度下制备的氢氧化铝的TEM图。其中，（h）300℃，（i）320℃， （j）340℃，小图为相应的选区电子衍射图

图2 为不同温度下的XRD、FTIR、XPS图

（a-c）为XRD图                （b）为FTIR图

（c）为XPS全谱                 （d-f）分别为Al 2p，O 1s，C 1s的高分辨XPS图谱

图3 三种氢氧化铝粉末的光学照片、UV-Vis吸收光谱、PL激发光谱、EPR光谱、时间-PL衰减图及发光机理简图

（a）三种氢氧化铝粉末（AlOH-300°C, AlOH-320°C, and AlOH-340°C）分别在甲苯中，日光和UV照射后的照片

（b）紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）

（c）光致发光激发光谱

（d）光致发光光谱（PL）

（e）X波段（9.07GHz）的电子顺磁共振谱（EPR）

（f）随时间变化的光致发光衰减图

（g）氢氧化铝发光机理简图

图4 三种氢氧化铝基荧光体的工作照片和发光光谱、WLED的光学照片、发光光谱及CIE色度图

（a）三种氢氧化铝基荧光体在正向偏置电流为20mA时的工作照片和发光光谱（LED1，LED2，LED3分别对应AlOH-300°C, AlOH-320°C, and AlOH-340°C）

（b,c）将AlOH-320°C 和CuInS2分散在硅树脂封装前（b）后（c）的照片

（d）WLED发光照片

（e）WLED发光时的发光光谱

（f）LED1–3 和 WLED的CIE色度图

文献链接：Mesoporous Aluminum Hydroxide Synthesized by a Single-Source Precursor-Decomposition Approach as a High-Quantum-Yield Blue Phosphor for UV-Pumped White-Light-Emitting Diodes (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604284)

本文由材料人电子电工学术组大城小爱供稿，材料牛整理编辑。

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