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白光LED具有光效高，寿命长，耗电小，相应速度快等优点，被誉为继白炽灯和荧光灯之后的新一代主流固体照明光源。白光LED的具体实现方式是用稀土发光离子激活的固态荧光粉配合蓝光或紫外光LED芯片。为了进一步降低LED的色温、提高显色指数、发展护目照明技术等，目前需要发展具有高发光性能的新型红、绿两色荧光粉。由于稀土离子Ce3+和Eu2+中存在宇称选律允许的4f→5d电子跃迁，Ce3+和Eu2+激活的荧光粉具有宽带状激发-发射谱，具有能与LED芯片匹配，高发光效率和高显色指数等优点。Ce3+和Eu2+在基质晶格中的能级位置取决于晶体场，通过改变晶体场可以实现荧光粉的发光光谱和显色指数的调控，以满足多样化的照明需求。本论文工作以Ce3+和Eu2+激活的RE-Si-C-N-O系化合物为研究对象，以碳氮化物RE2Si4N6C(RE=Lu3+，Y3+，Gd3+)、氧氮化物Y5Si3O12N和焦硅酸盐G-La2Si2O7三种荧光粉为典型代表，从化合物的设计与制备、荧光粉的发光性能及机理研究、光谱调控及荧光热猝灭特性等展开研究工作，通过发展新型的制备方法，成功制备出具有绿光→橙光发射特性可调的RE2Si4N6C∶Ce3+荧光粉，蓝绿光→橙红光发射特性可调的Y5Si3O12N∶Eu2+荧光粉和蓝光→黄光发射可调的G-La2S12O7∶Eu-+荧光粉，实现了制备光谱可调新型荧光粉的预期设想。 1.RE2Si4N6C∶Ce3+(RE=Lu3+，Y3+，Gd3+)碳氮化物荧光粉 发展了新型的酸驱动碳化结合碳热还原氮化合成方法(ADC-CRN)，成功制备出RE2Si4N6C∶Ce3+荧光粉(RE=Lu3+，Y3+，Gd3+)。ADC-CRN法制备条件温和，产物粒径分布均匀。主要研究结果如下:(1)Ce3+激活的Lu2Si4N6C，Y2Si4N6C和Gd2Si4N6C分别是可发射绿光、黄绿光和橙光的荧光粉。在Y2Si4N6C∶Ce3+中，随着Ce3+掺杂浓度的变化(0.5mol％～5.0mol％)，发射光谱逐渐红移，而光谱红移源于Y2Si4N6C∶Ce3+晶格中存在同一个Ce3+发光中心内部的能量传递和相邻的不同Ce3+发光中心之间的能量传递过程。(2)改变基质晶格阳离子RE的种类和取代程度，随着Lu→Y→Gd的变化，RE2Si4N6C∶Ce3+的发射光谱实现517nm～587nm的调控，表现为连续的绿光→橙光广色域发射，这种由基质阳离子变化引入的光谱调控是由于晶体场变化而诱导的Ce3+的5d能级劈裂逐渐增强。(3)Lu2Si4N6C∶Ce3+的荧光热稳定性最好，100℃时荧光强度仍为室温强度的84.8％。研究发现，RE2Si4N6C∶Ce3+体系荧光粉的热稳定性表现出异常的荧光热猝灭方式，其源于RE2Si4N6C基质的禁带宽度较窄，Ce3+的5d能级劈裂程度较大，以上两种效应共同作用导致Ce3+的最高5d能级与导带之间的能量差较小。此外，RE2Si4N6C∶Ce3+的激发光谱中含有基质本征吸收峰，表明RE2Si4N6C基质晶格与Ce3+之间存在能量传递。因此，提出了荧光热猝灭机制:在环境温度的影响下，Ce3+的5d激发态能级上的电子容易通过吸收晶格热振动能，直接跃迁至导带，导致发生荧光热淬灭。 2.Y5Si3O12N∶Eu2+氧氮化物荧光粉 发展了一种新型SiC还原法辅助溶胶凝胶法，成功制备出Eu2+掺杂的新型Y5Si3O12N荧光粉。提出了SiC的作用机制:在高温时与SiO2反应，原位生成还原性气体SiO和CO，促进中间产物Y2Si2O7氮化为Y5Si3O12N以及原料Eu3+还原为Eu2+。Y5Si3O12N∶Eu2+具有带状激发-发射光谱，说明掺入晶格的Eu以还原态+2价存在，通过Rietveld精修以及高斯曲线拟合，确认Y5Si3O12N∶Eu2+晶格中存在两种Eu2+发光中心。Y5Si3O12N∶Eu2+的发光光谱随Eu2+掺杂浓度变化(0.3mol％～6mol％)呈现509～594nm的大范围调控，表现为蓝绿光→橙红光广色域发射。研究了Y5Si3O12N体系中Eu2+掺杂浓度诱导的光谱红移机理:Y5Si3O12N∶Eu2+发光可调特性是两种不同的红移机制共同作用的结果，其一，在Y5Si3O12N基质晶格中，有两种Y3+配位环境，Eu2+取代Y3+时，存在选择性取代效应，Eu2+的选择性取代会调控两种Eu2+发射带的相对强度;其二，Eu(1)和Eu(2)独立发射带也随Eu2+浓度增大而逐渐红移，这归因于Y5Si3O12N本质上是一种非化学计量比化合物。Y5Si3O12N∶Eu2+会根据Eu2+的掺杂浓度而同步调节晶格中的N含量，以保护还原态Eu2+稳定存在。N3-取代O2-会增强电子云重排效应，减小Eu2+的最低5d与4f能级的能量差，从而实现Eu(1)和Eu(2)的发射谱红移。通过将不同Eu2+掺杂浓度的蓝绿光→橙红光可调的Y5Si3O12N∶Eu2+荧光粉和蓝色Y5Si3O12N∶Ce3+荧光粉涂覆于紫外LED芯片，可复合成具有不同光谱组成的白光，显色指数较高(Ra＞91)，而且显色指数可根据Eu2+掺杂浓度进行调节，以满足多样化的照明需求，特别是绿色植物的大棚补光。 3.G-La2Si2O7∶Eu2+焦硅酸盐荧光粉 采用所发展的SiC还原法制备出新型的G-La2Si2O7∶Eu2+荧光粉，其激发和发射谱都由两个距离较远的带状峰组成，两个发射带分别是位于426nm的蓝光发射带和564nm的黄光发射带。由于G-La2Si2O7∶Eu2+荧光粉最终发光是两个发射带的复合光，通过改变激发波长或者Eu2+掺杂浓度，可以调控两个发射带的相对强度，进而实现发光调控。G-La2Si2O7∶Eu2+光谱可从蓝光调控至黄光，并经过白光区域。提出了G-La2Si2O7∶Eu2+的发光光谱调控机理:当Eu2+取代La3+时，存在选择性取代效应以及晶格中存在Eu(1)→Eu(2)的能量传递，并分别通过电子顺磁共振和荧光衰减时间表征给予确认。G-La2Si2O7∶Eu2+荧光粉的荧光热稳定性较好，在Eu2+掺杂浓度为0.03时，100℃和160℃时荧光强度仍能保持室温强度的89％和76％，远高于一般的Eu2+激活的硅氧化物荧光粉，荧光热激活能ΔEEu(1)＞ΔEEu(2)。通过Eu2+在G-La2Si2O7晶格中的位形坐标图解释了Eu(1)→Eu(2)的能量传递和ΔEEu(1)＞ΔEEu(2)两种特性。