福建物构所等调控局域电子结构实现稀土掺杂双钙钛矿高效近红外发光

日期： 2022-10-25

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来源：福建物质结构研究所

近年来，无铅金属卤化物双钙钛矿Cs2Na(Ag)InCl6材料因组份易调控、合成简便及毒性低等特性，而备受关注，在照明显示、光电探测及光伏等领域表现出广阔的应用潜力。目前，该材料的研究主要局限在可见光波段，近红外（NIR）波段存在发光效率低的瓶颈，制约进一步的应用开发。

针对此问题，中国科学院福建物质结构研究所和闽都创新实验室研究员陈学元课题组，通过在Cs2NaInCl6中引入稀土离子Yb3+和Er3+作为近红外发光中心，实现高效近红外发光（图1）。

福建物构所等调控局域电子结构实现稀土掺杂双钙钛矿高效近红外发光

Cs2NaInCl6:Yb3+的最佳量子产率为39.4%，相比Cs2AgInCl6:Yb3+材料提升了142.2倍。科研团队通过第一性原理计算和Bader电荷分析，对比研究了Cs2NaInCl6:Yb3+和Cs2AgInCl6:Yb3+两种材料的局域电子结构（图2）。Bader电荷分析是一种通过将材料的总电荷分解到原子电荷，得到原子周围电子数，进而计算出原子化合价的方法。该方法应用于材料的电荷特性分析，判断材料内电荷传输过程。研究表明，Cs2NaInCl6:Yb3+中Na+离子的强离子性使其几乎完全电离，导致相邻的[YbCl6]八面体电荷显著局域化，促进了Cl--Yb3+的荷移跃迁。而Cs2AgInCl6:Yb3+中的Ag+由于强共价性形成Ag-Cl共价键，使相邻的[YbCl6]八面体中Cl-的电子波函数向Ag+离域，导致Cl-与Yb3+波函数交叠减小，从而抑制了Cl--Yb3+荷移跃迁过程。

福建物构所等调控局域电子结构实现稀土掺杂双钙钛矿高效近红外发光

该研究利用温度依赖的稳态和瞬态荧光光谱等手段，观察到Cs2NaInCl6:Yb3+中Yb3+的激发峰相对于基质自限激子的激发峰存在明显偏移（图3）。在低温下，Cs2NaInCl6:Yb3+通过紫外激发，在近紫外-可见光区观察到两个发射峰，波数差约为9766 cm-1，对应于荷移跃迁带（CTB）→2F7/2和2F5/2跃迁。以上证据证实了在Cs2NaInCl6:Yb3+中的高效近红外发射来源于其独特的Cl--Yb3+荷移跃迁敏化过程。

福建物构所等调控局域电子结构实现稀土掺杂双钙钛矿高效近红外发光

科研团队通过共掺其他近红外发光离子如Er3+，实现了Cl--Yb3+荷移跃迁敏化的Er3+离子1540 nm处的近红外发射（图4）。相比于Cs2NaInCl6:Yb3+/Er3+中常规的自限激子敏化，其发射强度增强了1510.2倍，最佳量子产率为7.9%。

该研究为实现高效的稀土掺杂近红外发光无铅金属卤化物双钙钛矿开辟了新途径，有望应用于近红外光通讯、发光二极管和夜视成像等领域。相关研究成果发表在《先进科学》（Advanced Science）上。研究工作得到中科院创新团队国际合作伙伴计划和国家自然科学基金等的支持。

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案例中心 / Case

氯化钇的用途是什么

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发布时间： 2018 - 09 - 07

氯化钇化学式YCl3。分子量 195.26。有光泽的白色叶状晶体。其一水合物为无色晶体，160℃失去1分子水。其六水合物为无色或略带红色晶体，相对密度2.1818，100℃失去5分子水。溶于水、乙醇、吡啶。以往报道显示一定浓度的氯化钇可引起人淋巴细胞DNA分子损伤和对成纤维细胞生长有抑制作用，但也有报道认为氯化钇对红细胞膜无损伤作用，表明氯化钇对不同细胞作用有差异。人皮肤的表皮细胞最易与环境中的氯化钇直接接触，但氯化钇对表皮细胞的影响报道较少。　　氯化钇的用途是什么？　　1. 氯化钇可用于制备树脂表面复合涂层。如一种从废弃荧光粉中回收稀土元素钇并制备树脂表面复合镀层的方法，包括以下步骤：　　a、利用筛分法将破碎后的荧光粉与杂质分离开，通过20目、60目、100目、200目网筛逐步筛分后，收集200目筛下物，筛下物占未筛前粉体重量的99.9％以上；　　b、将步骤a得到的筛下物加入到酸和双氧水混合液中，反应一段时间，然后进行过滤，滤液中含有稀土元素；　　c、将步骤b得到的滤液采用磷系萃取剂进行萃取，分三级萃取后，萃取液中只含有稀土元素；　　d、将步骤c得到的含有稀土元素的萃取液用盐酸进行反萃，反萃液中为稀土元素钇，如果萃取液中还含有稀土铕，则稀土铕在萃余液中；　　e、将步骤d得到的反萃液加入氨水进行中和至溶液刚有少量白色沉淀产生，溶液主要成份为氯化钇，将氯化钇溶液蒸发浓缩或蒸干再配制成一定浓度后，逐滴加入到配有分散剂的碳酸氢铵溶液中，生成前驱体；　　f、将步骤e得到的前驱体过滤、烘干后，进行煅烧，研磨后得到纳米氧化钇粉末；　　g、将步骤f得到的纳米氧化钇粉末加入至配有分散剂的电镀液中制成复合电镀液，电镀至树脂表面。　　2. 氯化钇对人表皮细胞作用：钇为稀有元素，在低浓度对表皮细胞体外增殖无影响。氯化钇对紫外线诱导表皮细胞凋亡有一定影响，研究结果显示加入低浓度氯化钇 0....

稀土产业链全景图

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抛光粉使用过程常见问题分析

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1、抛光粉粒径多大？　　粒径是这个行业划分抛光粉规格的标准，粒径指的是抛光粉颗粒的直径，单位为μ，常见的抛光粉粒径从0.6——3.2不等，常用的是1.0——2.0之间，根据经验可大概判断粒径小的适合做平磨用，如1.0，1.2，1.4；粒径大的适合做扫光如1.6，1.8，2.0等，最终还是要根据客户的使用习惯来定。粒径跟切削力成正比关系，粒径越大切削力越强，反之越小。每家抛光粉都有几种粒径，但粒径分布的均匀度就需要生产水平把控了，生产水平高可以尽可能的提高标准粒径所占比重，减小最大和最小粒径的范围以及占比。比方说有些产品标号是1.2，但实际上1.2的颗粒只占整体的百分之三十或者更少，其他颗粒参差不齐，甚至最小0.6，最大5.6，所以导致良率下降划伤增多的情况。　　2、抛光粉的悬浮性怎样？　　很多客户习惯性的把悬浮性作为判断抛光粉品质好坏的依据，所谓悬浮性就是抛光粉兑水搅拌均匀以后，抛光液中粉的沉淀时间长短，沉淀的快说明悬浮性不好，如果沉淀的慢则说明悬浮性好。这种观点有问题，应当根据分散效果判断悬浮性，即当抛光液静置超过两小时后产生沉淀现象，在略加搅拌的情况下是否立即恢复原来的悬浮效果，而不是产生沉淀物结块搅拌不开的情况。很多抛光粉厂家习惯通过添加悬浮剂的方式改善悬浮性，但是如果悬浮剂加的过多或者匹配不好，容易出现结胶（抛光粉凝聚)和腐蚀手的情况。我们对悬浮性非常重视，既要保证悬浮性，又要保证安全和不结胶，做了大量的实验验证。另外水质对悬浮性的影响也比较明显，纯水和自来水兑出来的抛光液对比起来非常明显，建议使用过滤装置或者用纯水兑抛光粉。（每个盖板厂都有纯水生产装置，因为超声波清洗剂需要用到纯水）　　3、抛光粉的消耗大不大（耐不耐用？）　　这个问题也比较常见，有些厂家会反应用品牌A的抛光粉，一台机器一个班只需要添加0.5KG，用品牌B 就需要0.7甚至更多。首先需要搞...

新型高容量La-Y-Ni系储氢合金简介

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镍氢（MH-Ni）电池自1989年商业化以来，其负极材料主要是LaNi5型储氢合金。随着镍氢电池制备技术的不断提升以及性能的极大提高，其应用领域更加广泛，对电池材料性能的要求也越来越高，特别是与电池能量密度密切相关的电极材料的容量性能。电池的容量主要是由电池正、负极的容量确定的，但正极氢氧化亚镍的容量提高已经有限，因此人们就把研究重点放在了负极储氢合金的研究上面。LaNi5型储氢负极合金的实际最大容量（350 mAh g–1）已经接近其理论值（372 mAh g–1），进一步提高相当困难，因此，必需研究开发具有更高容量的新型储氢合金。近年来，高容量La-Mg-Ni系储氢合金（理论容量超过400 mAh g–1，实际最大容量390 mAh g–1）的研究获得了许多有价值的成果，已产业化并应用于制造低自放电镍氢电池和某些高容量镍氢电池。但La-Mg-Ni合金的制备工艺成本高或工艺过程复杂，主要原因在于：合金中必需含有的活泼金属元素Mg的蒸汽压高，易挥发，使得高温熔炼合金的成分难以控制，同时挥发的微细镁粉易燃易爆而存在安全隐患。国内主要使用高价值的氦气作为保护气制备La-Mg-Ni合金，日本采用熔炼La-Ni合金然后扩散Mg的二次制备工艺技术。为了解决La-Mg-Ni基储氢合金制备工艺存在的问题，包头稀土研究院储氢材料项目组经过多次试验研究发现，用Y元素替代La-Mg-Ni基储氢合金中的Mg元素，获得了同样高容量的La-Y-Ni储氢合金，可直接用真空感应熔炼法制备。2014年以来，开发的A2B7型La-Y-Ni储氢合金经合理的成分优化后实际放电容量可达到390 mAh g–1，气相储氢量可达到1.49 wt%（相应的电化学容量为399 mAh g–1），与La-Mg-Ni基储氢合金的容量相当，而且由于不含活泼的Mg元素，循环寿命更好。该系列合金已申报8项国家发...