Achieving Thermally Stable YAl3–xGax(BO3)4:Cr3+ Near-Infrared Emitting Phosphors via Chemical Substitution for Plant Growth LEDs

化学 荧光粉 红外线的 X射线晶体学 结晶学 红外光谱学 分析化学(期刊) 光电子学 衍射 光学 色谱法 物理 有机化学
作者
Jin Yang,Jianhao Zha,Qinan Mao,Heyi Yang,Lang Pei,Jiasong Zhong
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (50): 23999-24007 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c04393
摘要

Indoor plant cultivation has been receiving increased attention due to concerns about sustainable agricultural production. Phosphor-converted light-emitting diodes (pc-LEDs) offer substantial promise as lighting solutions for regulating plant growth. However, the quest for high-performance phosphors with precise responsiveness to far-red phytochromes poses a challenge. Our study proposes a chemical substitution strategy to develop near-infrared (NIR) phosphors, YAl3–xGax(BO3)4:Cr3+. Benefiting from Ga3+ replacement of Al3+, a red shift in the NIR emission of YAl3–xGax(BO3)4:Cr3+ is realized to attain a good alignment with far-red phytochrome absorption centering at 730 nm. The optimized YAl2.5Ga0.5(BO3)4:Cr3+ exhibits a favorable quantum yield of 71.8% and robust thermal stability of 101.0%@423 K, owing to local structural distortion and thermal repopulation caused by Ga3+ incorporation. The fabricated pc-LED combined with the phosphor yields an NIR output power of 40.9 mW and a photoelectric conversion efficiency of 15.4% at 100 mA. Plant growth experiments demonstrate that under NIR illumination from the devices, the average lengths of pea roots and stems gain 127 and 225% promotion, respectively, further highlighting the potential of YAl2.5Ga0.5(BO3)4:Cr3+ phosphors for applications in plant cultivation.
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