光电催化分解水Ⅲ-Ⅴ族半导体光电极薄膜保护策略

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料(如GaAs、InP、GaP等)具有抗辐射性能高、温度特性好、耐高温等特点。相比于其他材料构建的光电催化体系,由这类半导体构成的光电极具有更高的太阳能吸收效率和光电转换效率。然而,大多数Ⅲ-Ⅴ族半导体在水溶液电解质中的物理化学性质很不稳定,导致太阳能驱动分解水性能衰减较快。基于此,本文综述了薄膜保护层在改善Ⅲ-Ⅴ族半导体光电极电化学稳定性方面的主要成就和研究现状,分析总结了获得稳定高效的光电反应界面和分解水效率的策略,探讨了导致材料衰减的原因和相应改善措施,最后展望了薄膜保护策略的未来发展前景。     

GdF3∶Er^3＋,Yb^3＋的合成和上转换发光特性

采用水热法制备了Er^3＋离子浓度为3%,Yb^3＋离子浓度分别为10%,20%的GdF3∶Er^3＋,Yb^3＋。XRD结果表明：合成的样品均为正交结构的GdF3,Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品的晶粒尺寸分别为28和26nm。研究了980nm红外光激发的上转换发射光谱。结果表明：红光和绿光发射分别来自于Er^3＋离子的2H11/2,4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁。样品的绿光发射强度较红光发射强。但绿光和红光发射的相对强度比例与Yb^3＋离子浓度有关。对Gd0.87Yb0.10Er0.03F3和Gd0.77Yb0.20Er0.03F3样品中可能的上转换发光机制进行了讨论。     

用脉冲激光溅射法制备的Yb^3＋和Er^3＋共掺杂氟化物薄膜的上转换发光

脉冲激光溅射法（PLD），作为一种制备高质量薄膜的方法，被广泛地用于制备超导、铁电等薄膜。用PLD法制备的Yb^3 和Er^3 共掺杂氟化物薄膜的上转换发光性质。在978nm LD激发下，薄膜发出强烈的橙色光，用日立－F4500光谱仪测量了其上转换发光光谱，观测到了Er^3 很强的^2H9/2→^4I15/2(408nm),^2H11/2→^4I15/2(520nm),^4S3/2→^4I15/2(550nm)和^4F9/2→^4I15/2(650nm)跃迁发射峰。给出了上转换发光强度随激发强度的关系，分析了其上转换发光机制及紫色上转换发光增强的原因。     

稀土硼酸盐中影响Dy^3＋发光的因素

60年代初对ABO_3型稀土硼酸盐的合成、结构和性质的研究已有报道。80年代侧重稀土和金属离子硼酸盐发光规律的研究。 Srivastava曾对GdBO_3中pr~(3+)的光谱及Gd~(3+)对Pr~(3+)的敏化、郭风瑜,李有谟     

BaFCl：Ce^3＋和BaFCl：Gd^3＋晶体中的发光中心

运用不同的固相反应条件制备或后处理了几种BaFCl:RE~(3+)(RE=Ce或Gd)晶体,测定了它们的荧光光谱,对照并分析光谱数据和不同条件下可能引入晶体缺陷的情况,推论出晶体中存在有2类发光中心,即由RE_(?)-F_(?)和RE_(?)-F_(?)缔合体构成的中心。     

两种基质中Er^3＋的上转换发光特性

合成了一种新型共掺杂Er^3 和Yb^3 的氟氧化物（ZnF2-SiO2基质）材料,研究了Er^3 在这种基质材料中的吸收和在980nm激发下的上转换发光,并对比了同等激发条件下Er^3 离子在ZBLAN玻璃和这种氟氧化物中的上转换发光特性。实验发现两种基质中Er^3 离子吸收峰位置基本相同,但吸收强度明显不同。氟氧化物中Er^3 离子的上转换发光强度要低于ZBLAN基质中Er^3 离子的上转换发光强度,不同的是Er^3 离子在氟氧化物基质中红光发射强度要强于绿光强度。分析了两种基质中Er^3 的上转换发光机制,氟氧化物基质中Er^3 离子红绿光发射均为双光子过程,ZBLAN基质中Er^3 离子绿光发射为双光子过程,而红光发射为双光子和三光子混合过程。     

高密度发光材料BiTaO4：Pr^3＋和BiTaO4的发光特性研究

研究了BiTaO4:Pr^3 ,BiTaO4的光致发光性质，测量了BiTaO4的红外透射和漫反射光谱。BiTaO4的光致发光光谱发射峰位于约420，440，465nm；其激发谱在约330－370nm范围有明显的激发。BiTaO4:Pr^3 的光致发光光谱为Pr^3 的特征发射，主峰为606nm，来自Pr^3 的^3P0→^3H6跃迁；其激发谱由来自于基质的峰值为325nm和范围在375－430nm的宽激发带以及Pr^3 的特征激发组成，325nm,375-430nm的激发带可能分别来自钽酸根团的电荷迁移跃迁和基质的带间缺陷能级的吸收；在BiTaO4:Pr^3 中存在着基质→Pr^3 的能量传递。由于BiTaO4:Pr^3 基质的密度和Pr^3 的发光强度均超过PbWO4，因此BiTaO4:Pr^3 可能是潜在的重闪烁体。     

ZrO2：Er^3＋，Yb^3＋纳米晶的制备及Er^3＋离子能级在晶体场中的分裂

采用1，3-丁二醇低热结晶法制备了ZrO2：Er^3 ，Yb^3 纳米晶．常温下，用980nm的红外激光激发可以观察到很强的ZrO2：Er^3 ，Yb^3 纳米晶红光发射，用荧光光谱仪记录了该上转换光谱．X射线粉末衍射(XRD)结果表明，ZrO2：Er^3 ，Yb^3 纳米晶属于立方晶系．研究了纳米晶的上转换发光机理，根据晶体场理论对Er^3 的2个上转换能级进行了Stark分裂计算，对2个能级之间的谱线进行了归属，进一步证实了980nm激发Er^3 离子的上转换经历两个过程：一是连续吸收2个980nm光子的过程，二是吸收980nm光子，电子转移到亚稳态能级后，再吸收980nm光子的过程．     

LaBO3—Mg3（BO3）2体系中Ce^2＋和Tb^2＋的发光

在紫外光(UV)和阴极射线(CR)激发下,研究了Ce~(3+)和Tb~(3+)在LaBO_3-Mg_3(BO_3)_2体系中的发光性能及组成对其发射强度的影响。在254nm激发下,Ce~(3+)→Tb~(3+)的能量传递机理为电偶极-电偶极相互作用的共振传递,能量传递效率可接近100％。在378nm激发下,Tb~(3+)在LaBO_3-Mg_3(BO_3)_2体系中的浓度猝灭机理也为电偶极-电偶极相互作用。在阴极射线激发下,Ce~(3+)对Tb~(3+)的发光起猝灭作用。     

YGa3—xCrxB4O12的合成,发光与磁性

扩展了ＹＧａ３Ｂ４Ｏ１２的合成温度。研究了合成的改变及Ｃｒ＾３＋离子引入后发光性质的变化。合成ＹＧａ３－ｘＣｒｘＢ４Ｏ１２化合物后，对其磁学性质进行了表征。结果表明，高温合成该化合物有利于人合物芝光发射的增强，掺杂少量Ｃｒ＾３＋可以稳定该化合物春发光光谱。磁化率随Ｃｒ＾３＋含量的增加而增大。     

Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶

半导体纳米晶是近年来发展起来的一类新型功能材料,因其独特的量子限域效应和光电性质,在太阳电池、发光二极管、光电探测器、生物标记、非线性光学等领域中具有潜在的应用。与目前研究比较多的Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅵ族纳米晶相比,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶,不含镉和铅等重金属元素,具有毒性小、带隙窄、光吸收系数大、Stokes位移大、自吸收小以及发光波长在近红外区等特点,有望成为新一代低成本太阳电池和低毒荧光量子点生物标记材料, 还可用于发光二极管和光电探测等领域。因此,Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶的合成、性质及应用研究成为近期纳米晶研究领域的热点之一。本文将综述Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族半导体纳米晶的研究进展,着重介绍其制备方法、光学性质及其在生物标记、太阳电池等领域的应用。     

Er^3＋／Yb^3＋：Sr3Y2（BO3）4晶体的光谱和激光性质

采用提拉法生长了双掺Yb3+和Er3+离子浓度分别为18.63%和0.87%(原子分数)的Sr3Y2(BO3)4晶体.利用测量的偏振吸收谱结合Judd-Ofeh理论,拟合得到了该晶体中Er3+离子的偏振和有效J-O参数.测量了Er3+离子4I13/2能级和Yb3+离子2F5/2能级的荧光衰减曲线,并计算了4I13/2能级的荧光量子效率和Yb3+到Er3+的能量传递效率.利用Fuchtbauer-Ladenberg公式计算了Er3+离子4I13/2→4I15/2跃迁的偏振受激发射截面.在平-凹谐振腔中,利用97nm波长光纤耦合准连续半导体激光端面泵浦1.12mm厚的该晶体,当输出镜透过率为1.5%时,获得了最大输出功率为1.3 w和斜率效率为20%的1560 nm附近的激光输出.结果表明,Er3+/Yb3+:Sr3+Y2+(BO3)4晶体是一种优良的1.5～1.6 μm波段激光的增益介质.     

Sr1-xZnxY2S4∶Er^3＋,Eu^2＋荧光粉的合成与发光特性的研究

采用碳酸盐前躯体高温分解法合成了Sr1-xZnxY2S4∶Er^3＋,Sr1-xZnxY2S4∶Eu^2＋和Sr1-xZnxY2S4∶Er^3＋,Eu^2＋红色荧光粉。XRD图谱表明,Zn^2＋掺杂量x〈0.2 mol时,粉末样品为CaFe2O4型正交晶体。Zn^2＋离子在Sr1-xZnxY2S4∶Er^3＋,Eu^2＋中的固溶量（xmol）对荧光粉的发射强度影响很大。随着Zn^2＋离子掺杂浓度的增加,Sr1-xZnxY2S4∶Er^3＋,Eu^2＋（SZYSEE）紫外区激发峰（200-413 nm）发生红移,并与可见光激发带（413-600 nm）形成一个连续的宽带谱,与紫外和GaN基LED芯片辐射都有良好的匹配性。当Zn^2＋掺杂量为0.1 mol时,SZYSEE的发光强度达到最大,其发光强度比未掺Zn2＋的增强10.7倍。Sr0.9Zn0.1Y1.76S4∶0.24Er^3＋,0.006Eu^2＋是一种潜在的白光LED用红色荧光粉。     

Eu^3＋,Bi^3＋Me2Y8（SiO4）6O2中的发光特性与取代格位

在紫外光激发下，Ｅｕ＾３＋和Ｂｉ＾３＋在Ｍｅ２Ｙ８（ＳｉＯ４）６Ｏ２基质（Ｍｅ＝Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃａ，Ｓｒ）中分别发射红光（＾５Ｄ０－＾７Ｆ２）和蓝光（＾３Ｐ１－＾１Ｓ０）．Ｅｕ＾３＋发光的红橙比随着激发波长和Ｍｅ＾２＋的不同而变化。荧光拉曼光谱表明，Ｅｕ＾３＋在四种基质中同时占据了４ｆ格位和６ｈ格位。依据Ｂｉ＾３＋发光的Ｓｔｏｋｅｓ位移推断，当Ｍｅ＝Ｃａ，Ｚｎ时，Ｂｉ＾３＋主要占据４ｆ格位，而当Ｍｅ     

重镧系离子在发光材料中的应用

讨论了Gd^3 ,Pb^3 ,Dy^3 ,Ho^3 ,Er^3 ,Tm^3 ,Yb^3 ,Yb^2 ,Lu^3 等重镧系离子的光谱性质及其在发光材料中的应用，尤其是在近期内的应用前景。     

Ca1—xZnxTiO3：Pr^3＋,R^＋（R^＋=Li^＋,Na^＋,K^＋,Rb^＋,Cs^＋,Ag^＋）的合成和发光性质

采用X射线衍射、荧光光谱和热释发光研究了Ca1-xZnxTiO 3∶Pr3+, R+的物相组成和发光性质. Pr3+取代Ca2+形成PrCa ·正电性缺陷发光中心. 激发光谱是峰值位于330 nm附近的宽带谱, 发射光谱是峰值在613 nm半宽度为20 nm的带谱, 对应Pr3+的1D2-3H4跃迁发射. 发光强度和余辉随基质组分Zn/Ca摩尔比和合成温度而变化. Zn2+的最佳含量在10%～20%. X射线衍射研究表明掺入适量的Zn2+物相组成为CaTiO3, Ca2 Zn4Ti15O36和Zn2TiO4. 热释发光曲线表明掺入Zn2+离子后体系中形成了新的缺陷ZnTi″, 且ZnTi″的缺陷陷阱深度大于RCa′.     

Ce3+和Tb3+掺杂的稀土硼酸盐玻璃的发光性质

报道Ｃｅ＾３＋和Ｔｂ＾３＋掺杂的硼酸盐玻璃的合成及该系列玻璃的激发和发射光谱性质。在紫外光激发下,玻璃中的Ｃｅ＾３＋发射蓝紫光,Ｔｂ＾３＋发射有特征的绿光,在Ｃｅ＾３＋和Ｔｂ＾３＋共掺杂的体系中,可观察到Ｃｅ＾３＋强烈敏化Ｔｂ＾３＋发光的现象。分析表明,Ｃｅ＾３＋和Ｔｂ＾３＋之间存在辐射能量传递稿铲无辐射能量传递。     

掺Er^3＋重金属氧氟硅酸盐玻璃的光谱性质与Judd—Ofelt理论分析

制备了掺Er^3 重金属氧氟硅酸盐玻璃，研究了玻璃的吸收光谱和荧光光谱性质，应用Judd-Ofelt理论计算了强度参数Ωt(t＝2，4，6)、Er^3 离子的振子强度、自发辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命等光谱参数。应用McCCumber理论，计算了能级^413/2→^4I15/2跃迁的受激发射截面。结果表明：掺Er^3 重金属氧氟硅酸盐玻璃具有较宽的荧光半高宽和较大的受激发射截面。对Er^3 离子在不同玻璃基质中带宽特性的比较发现，掺Er^3 重金属氧氟硅酸盐玻璃的带宽特性与碲酸盐和铋酸盐玻璃相当，大于磷酸盐、锗酸盐和硅酸盐玻璃。