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Cationic Effects on Photo- and X-ray Radioluminescence of K3RE(PO4)2:Ce3+/Pr3+ (RE = La, Gd, and Y) Phosphors toward X-ray Detection
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2023-04-05 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c00566 Yiyi Ou 1 , Weijie Zhou 1 , Pieter Dorenbos 2 , Hongbin Liang 1
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2023-04-05 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c00566 Yiyi Ou 1 , Weijie Zhou 1 , Pieter Dorenbos 2 , Hongbin Liang 1
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Cationic tuning for lanthanide (Ce3+/Pr3+)-activated inorganic phosphors with stable, efficient, and fast-decay 5d–4f emissions has emerged as an important strategy toward the continuing pursuit of superior scintillators. The in-depth understanding of the cationic effects on photo- and radioluminescence of lanthanides Ce3+ and Pr3+ centers is requisite for the rational cationic tuning. Here, we perform a systematic study on the structure and photo- and X-ray radioluminescence properties of K3RE(PO4)2:Ce3+/Pr3+ (RE = La, Gd, and Y) phosphors to elucidate the underlying cationic effects on their 4f–5d luminescence. By using the Rietveld refinements, low-temperature synchrotron–radiation vacuum ultraviolet–ultraviolet spectra, vibronic coupling analyses, and vacuum-referred binding energy schemes, the origins of lattice parameter evolutions, 5d excitation energies, 5d emission energies, and Stokes shifts as well as good emission thermal stabilities of K3RE(PO4)2:Ce3+ systems are revealed. In addition, the correlations of Pr3+ luminescence to Ce3+ in the same sites are also discussed. Finally, the X-ray excited luminescence manifests that the K3Gd(PO4)2:1%Ce3+ sample possesses a light yield of ∼10,217 photons/MeV, indicating its potentiality toward X-ray detection application. These results deepen the understanding of cationic effects on Ce3+ and Pr3+ 4f–5d luminescence and inspire the inorganic scintillator development.
中文翻译：
阳离子对 K3RE(PO4)2:Ce3+/Pr3+（RE = La、Gd 和 Y）荧光粉对 X 射线检测的光和 X 射线辐射发光的影响
镧系元素 (Ce 3+ /Pr 3+ ) 激活的具有稳定、高效和快速衰减 5d–4f 发射的无机磷光体的阳离子调谐已成为持续追求卓越闪烁体的重要策略。深入了解阳离子对镧系元素 Ce 3+和 Pr 3+中心的光致发光和辐射发光的影响是合理阳离子调谐的必要条件。在这里，我们对 K 3 RE(PO 4 ) 2 :Ce 3+ /Pr 3+的结构以及光和 X 射线辐射发光特性进行了系统研究（RE = La、Gd 和 Y）磷光体，以阐明其 4f–5d 发光的潜在阳离子效应。通过使用 Rietveld 改进、低温同步辐射真空紫外-紫外光谱、电子振动耦合分析和真空参考结合能方案，晶格参数演化的起源、5d 激发能、5d 发射能和 Stokes 位移揭示了K 3 RE(PO 4 ) 2 :Ce 3+系统良好的发射热稳定性。此外，还讨论了同一位点Pr 3+发光与Ce 3+发光的相关性。最后，X射线激发发光表明K 3 Gd(PO 4) 2 :1%Ce 3+样品具有~10,217 光子/MeV 的光产率，表明其在 X 射线检测应用中的潜力。这些结果加深了对阳离子效应对 Ce 3+和 Pr 3+ 4f–5d 发光的理解，并激发了无机闪烁体的发展。
更新日期：2023-04-05
中文翻译：
阳离子对 K3RE(PO4)2:Ce3+/Pr3+（RE = La、Gd 和 Y）荧光粉对 X 射线检测的光和 X 射线辐射发光的影响
镧系元素 (Ce 3+ /Pr 3+ ) 激活的具有稳定、高效和快速衰减 5d–4f 发射的无机磷光体的阳离子调谐已成为持续追求卓越闪烁体的重要策略。深入了解阳离子对镧系元素 Ce 3+和 Pr 3+中心的光致发光和辐射发光的影响是合理阳离子调谐的必要条件。在这里，我们对 K 3 RE(PO 4 ) 2 :Ce 3+ /Pr 3+的结构以及光和 X 射线辐射发光特性进行了系统研究（RE = La、Gd 和 Y）磷光体，以阐明其 4f–5d 发光的潜在阳离子效应。通过使用 Rietveld 改进、低温同步辐射真空紫外-紫外光谱、电子振动耦合分析和真空参考结合能方案，晶格参数演化的起源、5d 激发能、5d 发射能和 Stokes 位移揭示了K 3 RE(PO 4 ) 2 :Ce 3+系统良好的发射热稳定性。此外，还讨论了同一位点Pr 3+发光与Ce 3+发光的相关性。最后，X射线激发发光表明K 3 Gd(PO 4) 2 :1%Ce 3+样品具有~10,217 光子/MeV 的光产率，表明其在 X 射线检测应用中的潜力。这些结果加深了对阳离子效应对 Ce 3+和 Pr 3+ 4f–5d 发光的理解，并激发了无机闪烁体的发展。
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