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本论文基于无机宽带发光材料在照明、显示以及光通信等方面的应用，为了克服传统多发光中心或者多种颜色成分组合而成的宽带发光材料的弊端，尝试发展单一基质单一发光中心宽带发光的新机制和新材料。在总结已有宽带发光机制的基础上，从原子层次的结构出发，合理设计了可能存在的新型宽带发光机制，并以此为方向筛选有代表性的含氧酸盐材料展开研究，从而将新规律与新材料研究结合起来。
首先，为了满足宽带发光材料研究的需要，设计并搭建了组合式多用荧光光谱测试系统以及X射线激发荧光光谱仪。这两套设备在宽带发光表征能力与进口设备的性能相当，由于光源功率较大，因此发光绝对强度占有优势，能用于弱发光体系的有效测试。
通过研究存在两种配位环境类型的Ba2MgSi2O7中Eu的取代行为，发现该Eu掺杂材料除了具有良好的热稳定性，还能在不同波长环境下实现变色行为;同时证实基于Pauling的配位多面体规则，在单一基质中难以通过差别较大的配位环境来实现单一发光中心的较长波长跨度（即蓝光到红光）的发光。
在单斜钡长石研究中，提出了一种基于水热前驱的新合成策略，该方法只需在1200℃下煅烧几个小时即可得到纯单斜物相，克服了传统高温(1500℃)和需要长时间相转变的缺陷，并且发现这种新合成策略的优势是能自发产生单斜晶种作为诱导六方一单斜相变的关键因素;同时也发现了Si/Al的无序不但导致Eu2+具有两种中心发射带及形成发光连续分布，而且使得样品在短波长激发下会产生长波宽带发射，从而实现半高宽大于100nm的蓝白强光。
筛选一种红色的Bi4Ge3O12(BGO)晶体并且证实了它是首例在单晶基质中由组分元素变价而产生红外宽带发光的含铋材料;指明超宽带红外发光归因于Bi5+，同时提出了稳定变价的反位取代与氧空位联合作用的缺陷模型。另外，这种新型BGO晶体能够被980nm激光有效泵浦，可望取代窄带发射的稀土基材料，用于近红外波段的光纤放大器。
为了研究纯半导体的发光规律，我们选择钛酸根基团对应的化合物，即常见的TiO2作为研究体系，采用真空环境实现了氮掺杂TiO2纳米晶中含N基团种类的调控，提高了有益于光催化性能的表面吸附氮的相对含量比例，获得了潜在的优良光催化剂。同时发现了非激活中心氮可以引入杂质能级使得禁带中能级分布趋于连续，从而实现可见光区域的均匀发光，但是这种杂质能级调节机制也使得自吸收范围扩大，而且所得产物的发光强度较低。
总之，本文所提出的配位环境有限调控、原子无序微扰扩展能级、缺陷诱导并稳定变价以及非发光中心杂质连续化能级分布的新规律能够实现在单一基质中通过单一发光中心获得宽带发光，可以用于指导和评价新型宽带发光材料的研究工作。本文所开发的Eu掺杂Ba2MgSi2O7和单斜钡长石，近红外宽带发光的红色BGO晶体以及表面吸附N占优势的N掺杂TiO2是潜在的优良光电功能材料。另外，本文基于原子层次结构设计新的宽带发光规律，然后从已有化合物数据库中筛选具有所要求结构的体系开展研究的策略也为发光材料以及其他功能材料的探索提供了借鉴。