DOI: 10.1016/j.jcis.2023.05.116

光色可调发光和白光发射材料因其广阔的应用前景而备受关注。通常，Tb³⁺和Eu³⁺共掺杂荧光体具有光色可调发光特性，但很少能实现白光发射。本工作通过静电纺丝和后续严格控制的煅烧过程合成了Tb³⁺和Tb³⁺/Eu³⁺掺杂的单斜相La₂O₂CO₃一维（1D）纳米纤维，其实现了光色可调发光和白光发射。制备的样品具有良好的纤维形态。La₂O₂CO₃:Tb³⁺纳米纤维是优良的绿色荧光体。为了获得具有颜色可调荧光的1D纳米材料，特别是那些具有白光发射的1D 纳米材料，进一步选择Eu3+离子并将其掺杂到La₂O₂CO₃:Tb³⁺纳米纤维中，以获得La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺ 1D纳米纤维。La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺纳米纤维在487、543、596和616nm处的主要发射峰归因于在250nm（对于Tb³⁺掺杂）和274nm（对于Eu³⁺掺杂）紫外光激发下的5D4→7F6（Tb³⁺）、5D4→7F5（Tb³⁺）、5D0→7F1（Eu³⁺）和5D0→7F2（Eu³⁺）能级跃迁。在不同波长的激发下，具有优异稳定性的La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺纳米纤维借助于从Tb³⁺到Eu³⁺的能量转移和Eu³⁺离子的掺杂浓度调节，实现了颜色可调荧光和白光发射。本文介绍了La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺纳米纤维的形成机理和制备技术。本工作中开发的设计理念和制造技术有望为合成其他掺杂稀土离子的1D纳米纤维以调节发射荧光颜色提供新的见解。

图1：La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺纳米纤维的制备流程图。

图2：La₂O₂CO₃:x%Tb³⁺纳米纤维（a）和La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维（b）的XRD图谱；PVP/[La(NO₃)₃+Tb(NO₃)₃] CNFs的TG曲线（c）；（A）在a-b平面内，（B）在b-c平面内La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺晶体的晶胞结构，（C）La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu²⁺晶体结构的三维透视图和La³⁺离子的配位环境（d）。

图3：PVP/[La(NO₃)₃+Tb(NO₃)₃]原始复合纳米纤维（A），PVP/[La(NO₃)₃+Tb(NO₃)₃+Eu(NO₃)₃]原始复合纳米纤维（B），La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺纳米纤维（C，E，G）和La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/5%Eu³⁺纳米纤维（D，F，H）的SEM图像（A，B，C和D），TEM图像（E，F）和HRTEM图像（G，H）。

图4：La₂O₂CO₃:x%Tb³⁺纳米纤维的激发（A）和发射（B）光谱；发射强度随Tb³⁺离子掺杂浓度变化的关系曲线（C）；La₂O₂CO₃:x%Tb³⁺纳米纤维的CIE色度坐标图和物理照片（D）。

图5：La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺纳米纤维的发射光谱和La₂O₂CO₃:5%Eu³⁺纳米纤维的激发光谱（A）；重叠部分的放大图（B）；La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维的激发光谱（C）；La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维在250nm（D）和274nm（E）紫外光激发下的发射光谱和发射峰值强度与Eu³⁺掺杂浓度的关系曲线（F）。

图6：La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维的荧光衰减曲线（a）；La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维的Tb³⁺→Eu³⁺能量转移效率曲线（b）；在La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维中，Tb3+的Is0/Is对C6/3（A）、C8/3（B）和C10/3（C）的依赖性（c）。

图7：La₂O₂CO₃:Tb³⁺/Eu³⁺纳米纤维能级跃迁的机理图。

图8：La₂O₂CO₃:1%Tb³⁺/y%Eu³⁺纳米纤维在250nm（A）和274nm（B）紫外光激发下的CIE色度坐标图和物理照片。