基于实验与第一性原理研究Ba₂SiO₄:Ce³⁺的发光性质与格位占据

【作者】 林利添； 宁利新； 梁宏斌；

【机构】 中山大学化学学院； 安徽师范大学物理与电子信息学院；

【摘要】 高温固相法合成了系列Ba_2-2xCe_x Na_xSiO₄样品。在低温条件下,通过真空紫外-紫外（VUV-UV）光谱研究了Ba_2-2xCe_x Na_xSiO₄（x=0.0005）的发光性质。在26.5 K时,激发光谱上观察到5个峰。最高能量的激发峰归属于基质激子吸收,并以此计算得到基质带隙能量约为7.36 eV。对比监测不同波长时的激发光谱,另外4个较低能量的激发峰,归属于Ce³⁺占据Ba₂SiO₄基质其中1个Ba格位（共2个）的4f→5d跃迁。在紫外光激发下,样品发射强的荧光（350-450 nm）,并且其拥有较短寿命（²6 ns,4 K）和高热猝灭温度（>500 K）。鉴于此,测试了样品在X射线激发下的辐射发光性质（XEL）,结果表明Ba₂SiO₄:Ce³⁺具有作为闪烁体的潜在应用。在超单胞模型内,利用杂化密度泛函理论（DFT）优化了Ce³⁺在Ba₂SiO₄基质中两个Ba格位的局域结构,并在此基础上采用基于波函数的嵌入团簇方法计算出Ce³⁺的4f1和5d1能级。基于分析DFT总能量和对比实验和计算的4f→5d跃迁能量,我们发现Ba₂SiO₄:Ce³⁺的发光主要来源于Ce³⁺占据9配位的Ba2格位。最后,我们评估了Ba₂SiO₄:Ce³⁺的电子性质,从电子结构的水平去理解其优异热稳定性的原因。更多还原