稀土离子的电荷迁移带与化学键性质研究

本论文主要研究的是掺杂在无机材料中的稀土离子的电荷迁移带，利用复杂晶体化学键的介电理论对晶体的化学键性质进行计算和分析，阐明了稀土离子的电荷迁移带与基质的化学键性质之间的规律，揭示了宏观电荷迁移带的微观机制，进而丰富和发展了稀土发光材料的理论知识。 根据大量掺杂稀土离子的化合物的电荷迁移带数据，利用复杂晶体的介电理论计算和分析出化合物的共价性、键体积极化率、配体在晶体中所呈现的电荷及配位数，进而得到由这四个参数定义的环境因子he。发现环境因子he能够有效地描述电荷迁移带的变化趋势,可以揭示电荷迁移的微观机制。具体获得了Eu3+、Sm3+和Yb3+在不同基质中的电荷迁移能与环境因子之间的定量关系。通过这些定量关系式，我们能够利用复杂晶体的介电理论来估算各种复杂晶体中稀土离子的电荷迁移带位置，为电荷迁移带方面的研究工作提供了理论依据。反过来，利用这一关系我们也可以从实验上测得的电荷迁移能数据来判断晶体结构的正确性。在此基础上，我们从化学键和YBO3：Eu的电荷迁移带的角度出发，研究了YBO3的结构，从而确定它的空间群为C2/c，排除了其他的可能性。 考虑到Eu3+的电荷迁移能随着基质平均能隙的增大而增大，而且利用复杂晶体化学键的介电理论可以估算化学键的平均能隙，我们研究了Eu3+在不同基质中的电荷迁移能与相应的化学键的平均能隙之间的关系，发现它们之间符合定量的线性关系。通过这一线性关系估算出的电荷迁移能与实验值一致，说明利用化学键的平均能隙来估算电荷迁移能的可靠性。在此基础上，我们预测了发光材料Gd4GdO(BO3)3:Eu的电荷迁移带位置，计算的结果与实验值相吻合；探索复杂化合物Li2Lu5O4(BO3)3:Eu中Eu3+取代的阳离子的格位，计算结果表明能量最低的电荷迁移带来源于Eu3+取代五种Lu中的Lu1格位，电荷迁移能的计算值与实验值一致。块状和纳米的Sr2CeO4分别通过高温固相法和溶胶凝胶法获得，根据电荷迁移能随平均能隙的增大而增大的规律，可以将激发光谱中出现的三个峰分别归属为：能量最高的激发峰来源于从O1到Ce的电荷迁移，能量最低的激发峰来源于从O2到Ce的电荷迁移，中间的峰是前面两种峰的叠加。