中文摘要：

磷酸镧是量子效率最高、市场潜力巨大的发光材料，其掺杂后的微观结构、形貌与光学性能的关系一直没有被系统研究。申请者通过调整工艺参数获得了近十种不同微观形态和光学性能的磷酸镧粉体，在基质结晶过程中，掺杂元素浓度、占位的不同很可能导致磷酸镧按不同惯习面生长，从而呈现不同的形态。本课题拟采用理论计算模拟与实验技术相结合，探求磷酸镧结晶形貌、微观结构和光学性能的对应关系。用建模和计算的方式模拟稀土元素对磷酸镧晶体的掺杂，在分子水平上展示所有可能的掺杂结构，计算相应的发射光谱，作为与实验结果对照的参考。通过调整结晶过程诸因素实现对磷酸镧结晶形貌的控制，通过XRD和光谱分析研究制备工艺与磷酸镧振动光谱特征和光学性能谱线之间的关系，经XRD衍射谱和其他光谱判断磷酸镧的结构信息，与理论计算结果进行对照，寻找粉体材料形貌、掺杂结构和光学性能的对应关系，分析掺杂离子引起磷酸镧能带的变化以及对光学性能的影响

结论摘要：

磷酸镧纳米材料因其优异和独特的光学性能，在高清晰度显示、集成光学系统、固体激光器、生物分析和医学诊断等诸多领域有着重要的应用前景。在研究课题中，我们利用不同方法制备了纯净和掺杂磷酸镧纳米粉体，采用一系列材料测试手段，对其物相、形貌、吸收光谱、振动光谱和发光性能进行表征。同时，将实验与理论计算结合起来，构建纯净的磷酸镧模型和掺杂体系模型，基于第一性原理研究其结构、电子和光学性能，能够加深对能量转移、掺杂占位问题和发光机制的理解。 课题中，我们能够在不同的制备条件和方法，可获得六方相和单斜相两种结构的磷酸镧纳米粉体。pH值会对晶体结构和形貌产生影响，酸性环境中有利于提高结晶程度。9原子配位的单斜相模型被构建起来，进行几何优化后误差小于0.6%。通过用其他稀土离子对La取代建立掺杂模型，引入了杂质能级使得能带间隙减小。 在LaPO4: Sm3+的发射光谱(λex=400nm)中，位于595 nm处的最强发射峰是Sm3+的4G5/2-6H7/2跃迁发射。随着Sm3+的浓度增加，发生交叉弛豫现象，发射强度显著降低；LaPO4:Eu3+的激发光谱(λem=588nm)中，220 ~ 280 nm处的激发对应于O2-的2p轨道到Eu3+的4f轨道的电荷迁移带，单斜相中电荷迁移带的中心波长比六方相大；LaPO4:Gd3+ 在311nm处有尖锐发射峰(λex=272nm)，对应Gd3+的6P7/2-8S7/2跃迁。 短纳米棒的发光强度高于长纳米棒，短纳米棒的晶粒尺寸较小，能量效率较高；规则颗粒的晶粒更精细，并且更统一，其发光强度高于不规则颗粒；颗粒样品相对棒状样品发光强度有明显的提升，因为纳米颗粒拥有更高的表面原子比。 另外，通过水热法和溶解热法条件获得不同晶型、形貌和光催化性能的二氧化钛纳米粉体。通过第一性原理手段，研究了硫酸对二氧化钛（110）面的影响机制。