Chromium Ion Pair Luminescence: A Strategy in Broadband Near-Infrared Light-Emitting Diode Design

荧光粉 发光 化学 离子 光电子学 光谱学 材料科学 分析化学(期刊) 物理 色谱法 量子力学 有机化学
作者
Veeramani Rajendran,Mu‐Huai Fang,Wen‐Tse Huang,Natalia Majewska,Tadeusz Leśniewski,Sebastian Mahlik,Grzegorz Leniec,S.M. Kaczmarek,Wei Kong Pang,Vanessa K. Peterson,Kuang‐Mao Lu,Ho Chang,Ru‐Shi Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (45): 19058-19066 被引量:243
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08334
摘要

Portable near-infrared (NIR) light sources are in high demand for applications in spectroscopy, night vision, bioimaging, and many others. Typical phosphor designs feature isolated Cr3+ ion centers, and it is challenging to design broadband NIR phosphors based on Cr3+-Cr3+ pairs. Here, we explore the solid-solution series SrAl11.88-xGaxO19:0.12Cr3+ (x = 0, 2, 4, 6, 8, 10, and 12) as phosphors featuring Cr3+-Cr3+ pairs and evaluate structure-property relations within the series. We establish the incorporation of Ga within the magentoplumbite-type structure at five distinct crystallographic sites and evaluate the effect of this incorporation on the Cr3+-Cr3+ ion pair proximity. Electron paramagnetic measurements reveal the presence of both isolated Cr3+ and Cr3+-Cr3+ pairs, resulting in NIR luminescence at approximately 650-1050 nm. Unexpectedly, the origin of broadband NIR luminescence with a peak within the range 740-820 nm is related to the Cr3+-Cr3+ ion pair. We demonstrate the application of the SrAl5.88Ga6O19:0.12Cr3+ phosphor, which possesses an internal quantum efficiency of ∼85%, a radiant flux of ∼95 mW, and zero thermal quenching up to 500 K. This work provides a further understanding of spectral shifts in phosphor solid solutions and in particular the application of the magentoplumbites as promising next-generation NIR phosphor host systems.
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