Zn 2+ 掺杂诱导Eu 3+ 激活BiOCl层状半导体的反常发光性能研究

采用固相法在500℃下成功制备Zn 2+ 掺杂BiOCl:Eu 3+ 层状半导体, 并研究了Zn 2+ (0~20mol%)掺杂对Eu 3+ 激活BiOCl层状半导体发光性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激发–发射光谱、荧光寿命衰减曲线对样品的结构和性能进行表征。研究发现, 随Zn 2+ 掺杂浓度增大, BiOCl晶体结构不变, Eu 3+ 荧光寿命延长, 但发光强度却出现先减后增的反常现象。综合分析表明这可能与BiOCl特殊的层状结构有关。通过XRD和XPS的表征可以推断: 当Zn 2+ 掺杂浓度≤10mol%, Zn 2+ 在BiOCl中掺杂方式以晶胞层间隙掺杂为主; 当Zn 2+ 掺杂浓度>10mol%后, 掺杂方式逐渐向取代掺杂转变。两种掺杂机制对Eu 3+ 荧光寿命的改变以及形成缺陷对基质能量传递效率的影响可能是形成上述反常现象的主要原因。研究结果有助于认识稀土掺杂层状半导体的发光性能及影响规律, 并对Eu 3+ 掺杂BiOCl这类新型发光材料的开发设计具有指导意义。