开发与利用新型清洁能源与节能技术是解决能源短缺、缓解环境恶化等问题的有效途径。因具节能环保、高效耐用等特点，固态白光LED照明获得了广泛关注。但现有白光LED商品色温高、显色指数低，克服这种缺陷的方法就是引入具有蓝光吸收的红色荧光粉，或者开发基于紫光芯片的白光LED，这种方案需要开发具有紫光吸收的三基色荧光粉。目前对这些荧光粉的研究主要集中在稀土掺杂体系，而对Bi2 掺杂潜力体系研究甚少。本工作对Bi2 掺杂材料开展了系统研究；总结了稳定不同价态铋离子的方法，在研究中发现Bi53 室温下具有1-4微米发光，这为探索新型近中红外激光材料开辟了一个新方向，发现了Bi0、Bi 模型的近红外发光光谱证据，加深了人们对铋掺杂激光材料近红外发光本质的认识，发现了系列高效Bi3 掺杂黄粉与红粉；提出了彭氏局域过剩正电荷模型，利用这种模型可使Bi3 →Bi2 还原反应在氧化性合成条件下发生，这一模型可推广至更多变价离子掺杂体系；通过对铋掺杂不同氧化物体系的研究，发现了系列具有蓝光或紫光吸收的红或橙色荧光材料，其中Bi2 在硫酸盐、硼酸盐中发光较强，在硅酸盐、磷酸盐等中较弱，发现温度对Bi2 寿命及发光影响较小，制备了白光LED器件，Bi2 掺杂材料的加入可改善显色性能；确认了铋掺杂磷酸盐晶体与玻璃中的红光发射源自Bi2 ，而非Kroeger等人认为的Bi3 ；研究发现可通过改变Bi2 周围配位环境控制2P1/2→2P3/2吸收强度与峰位。在本项目的资助下，发现了系列具有紫光-蓝光吸收Mn4 掺杂高效红粉。

为了解决能源短缺和环境恶化这一全球性问题，迫切需要开发与利用新型清洁能源与节能技术。新型固态白光LED照明兼具节能环保、高效耐用等特点，引起了全世界的普遍关注。但现有白光LED商品的缺陷是色温高、显色指数低，克服这种缺陷的方法是引入具有蓝光吸收的橙或红色荧光粉。目前对这些荧光粉的研究皆集中在稀土或过渡金属离子掺杂的体系，而对Bi2 作为活性离子掺杂的研究甚少。我们的前期研究表明：一些Bi2 掺杂荧光粉具有蓝光吸收，黄、橙或红色荧光，有望实现低色温、高显色指数LED白光输出。因此本项目选取Bi2 作为激活离子，系统研究其在各种晶体中的发光性质，探讨其与不同晶场环境间的相互作用行为，操控Bi2 周围配位微环境，使吸收与荧光峰和器件匹配，开发出高效可提高白光LED产品性能的橙或红色荧光材料及有望替代YAG:Ce的黄粉，进一步探讨黄色光谱区通过直接跃迁实现激光输出的可能性。

介绍了稀土元素、过渡元素、碳族元素和其它元素的钒酸铋掺杂体系，并对未来的发展方向做出展望。

钒酸稀土元素掺杂的钒酸铋体系

稀土元素掺杂钒酸铋时，通常是稀土离子来取代钒酸铋中的钒，形成掺杂固溶体。C.K. Lee等用固相法实现了钕、钆、铒、镱稀土元素在钒酸铋中的掺杂。具体方法是将Bi₂O₃、V₂O₅和RE₂O₃（RE=Nd，Gd，Er，Yb）按照一定的化学计量比进行称量，随后将称量好的样品加入到玛瑙研钵中，并同时加入丙酮，将其混合。干燥后在850～950℃煅烧20h，冷却到室温后得到掺杂的钒酸铋体系。

然而，有些掺杂并没有取代钒酸铋中的离子，而是以氧化物的形式掺杂在钒酸铋中。Hui Xu 等在钒酸铋中掺入了钬、钐、镱、铕、钆、钕、铈、镧等稀土元素。制备的方法是：先制备钒酸铋，将 0.04mol的Bi(NO₃)₃·5H₂O 溶解到4mol/L的硝酸中，同时将0.04mol的NH₄VO₃溶解到2mol/L的氢氧化钠中，将上述两个溶液混合后加入7.5g的尿素。随后在90℃下搅拌8h便得到了黄色沉淀，用去离子水和乙醇洗涤得到的黄色沉淀。再制备稀土元素的硝酸盐，将稀土元素的氧化物溶解到浓硝酸中就能值得稀土元素的硝酸盐。最后是稀土元素载入的钒酸铋的制备，将制备好的钒酸铋分散到稀土元素硝酸盐的溶液中，边搅拌边蒸发，直到除去所有的水后，将得到的产物在400℃下煅烧4h。实验得出这些稀土元素是以其氧化物的形式掺杂于钒酸铋样品中。用稀土元素改性的钒酸铋在DRS分析中出现蓝移。Gd³ 掺杂的钒酸铋有最好的光催化性能，并且Gd最合适的掺杂量为8%。

钒酸过渡元素掺杂的钒酸铋体系

过渡元素在钒酸铋中的掺杂，存在的方式主要有取代钒酸铋中的钒或者是铋离子，金属颗粒和氧化物等三种形式掺杂在钒酸铋中。并且经掺杂后，普遍能提高钒酸铋的光催化性能。Xiufang Zhang等用光致还原技术制备了银掺杂的钒酸铋薄膜。具体的制备方法为：钒酸铋薄膜是用金属有机沉积法制备的。将铋源和钒源按1∶1的化学计量比分别溶解在乙酸和乙酰丙酮中，完全溶解后将两者混合，制成溶胶后搅拌30min。随后在FTO玻璃上镀一层2.2mm厚的薄膜，镀好后在500℃下煅烧2h。将制得的薄膜在浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液中浸泡，随后在紫外灯下照射5min制的了银掺杂的钒酸铋薄膜。实验测试表明银在钒酸铋薄膜中是以金属颗粒的形式存在的，粒径 10～20nm。

钒酸碳族元素掺杂的钒酸铋体系

Duk Kyu Lee等用浸渍法制备了碳掺杂的钒酸铋。具体方法是：将Bi₂O₃和V₂O₅按一定的化学计量比进行混合，以无水乙醇为介质，加入ZrO₂球石，球磨24h。随后快速进行干燥并在800～900℃下煅烧2h。煅烧得到的粉体再球磨12h制得BiVO₄ 粉体。将3.0g的BiVO₄加入到30mL含有蔗糖的去离子水中，得到的悬浮液边加热边搅拌直至蒸干，将蒸干的粉体在氢气和氮气气氛下300℃热处理1h制备了碳掺杂的钒酸铋。C沉积在钒酸铋的表面，并且没有团聚；随着碳含量的增加，钒酸铋表面的粉体会增加，能带间距会减小，并且能观察到在可见光下宽的吸收峰。和没有掺杂的钒酸铋进行比较，碳掺杂的钒酸铋有更好的光催化性能。在碳掺杂量为3wt%时，光催化活性是最高的。

钒酸其他元素掺杂的钒酸铋体系

Yu-ki Taninouchi等用固相法制备了锂和银掺杂的钒酸铋。具体方法是：将适量的Bi₂O₃、V₂O₅、Li₂CO₃和Ag₂O进行混合，并在600℃加热12h。将研磨的粉体做成球形，Li的掺杂量为5%，Ag的掺杂量为5%和10%的样品在 800℃下加热12h，Li的掺杂量为10%的样品在700℃下加热12h。随后，再研磨，将制备的样品压制15min，Li掺杂量为5%和Ag掺杂量为5%的样品在700℃煅烧24h，Li掺杂量为10%的样品在700℃煅烧12h，Ag掺杂量为10%的样品在750℃煅烧12h。最后制得锂和银掺杂的钒酸铋。锂和银的掺杂提高了亚晶胞的对称性和在570℃下Bi₂VO_5.5 的导电性能。 2100433B

利用化学法制备新型掺杂稀土纳米发光材料及对荧光粉表面的修饰，包覆抗紫外线照射的化合物。探讨样品的合成机理，研究化学组成与样品结构性能的内在关系。利用光谱实验研究样品的光学性能，如：纳米晶的激发、辐射和无辐射过程中，掺杂离子的特征发光性能和发光效率；纳米晶本征电子激发态与掺杂离子电子态的相互作用；影响掺杂离子激发态寿命的各种机制；纳米晶的颗粒大小对这些相互作用的影响。开发新型的发光材料。