Metal Hydrides as Novel Host Lattices for the Luminescence of Divalent Europium

• Applicant: Professor Dr. Holger Kohlmann
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 238173941

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Der Einfluss von Hydridionen, H-, auf die Lumineszenzeigenschaften von mit zweiwertigem Europium, Eu(II), dotierten Wirtsverbindungen wurde systematisch untersucht. Wegen der Hydrid-Fluorid-Analogie sind die Kristallstrukturen oft ähnlich zu denen der Fluoride. Die hohe Polarisierbarkeit des Hydridliganden verursacht erhebliche, zuvor unbekannte Unterschiede der Lumineszenzeigenschaften. Der Grund hierfür liegt in den Übergängen 4f7-4f65d von Eu(II), denn elektronische d-Zustände werden wesentlich stärker von der chemischen Umgebung beeinflusst als f-Zustände. Im Allgemeinen wird im Vergleich zu den Fluoriden die Emission in Richtung größerer Wellenlängen verschoben. Die Ursache ist vor allem im Absenken des Energie-Schwerpunktes des 4f65d-Zustandes um etwa 10000 cm^-1 zu suchen (nephelauxetischer Effekt). Zusätzlich erzeugt die stärkere Ligandenfeldaufspaltung eine Rotverschiebung, wobei der Effekt aber etwa um den Faktor 10 geringer ausfällt. Dies bedeutet, dass in mit zweiwertigem Europium dotierten Materialien die Farbe des ausgesendeten Lichtes zum Roten hin verschoben wird, wenn Fluorid gegen Hydrid ausgetauscht wird. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Emissionswellenlängen durch teilweisen Hydrid-Fluorid-Austausch einzustellen. Diese Trends wurden durch Strukturuntersuchungen und Lumineszenzspektroskopie an einer Reihe von mit zweiwertigem Europium dotierten Verbindungen etabliert: LiMH3, LiMH3-xFx (M = Sr, Ba), LiSr1-xBaxH3, MMgH3, MMgH3-xFx (M = Na, K), MMgH4 (M = Sr, Ba), EuHCl und LiSrSiO4H.

Publications

• Bright yellow and green Eu(II) luminescence and vibronic fine structures in LiSrH3, LiBaH3 and their corresponding deuterides, Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 5873-58754807-4813
  N. Kunkel, A. Meijerink, H. Kohlmann
  
• Eu(II) luminescence in the perovskite host lattices KMgH3, NaMgH3 and mixed crystals LiBaxSr1-xH3, J. Mater. Chem. C 2014, 2, 4799-4804
  N. Kunkel, A. Meijerink, M. Springborg, H. Kohlmann
  
• Variation of the EuII Emission Wavelength by Substitution of Fluoride by Hydride in Fluorite-Type Compounds EuHxF2−x (0.20 ≤ x ≤ 0.67), Inorg. Chem. 2014, 53, 4800-4802
  N. Kunkel, A. Meijerink, H. Kohlmann
  
• Green Luminescence of Divalent Europium in the Hydride Chloride EuHCl, Z. Anorg. Allg. Chem. 2015, 641, 1220-1224
  N. Kunkel, D. Rudolph, A. Meijerink, S. Rommel, R. Weihrich, H. Kohlmann, T. Schleid
  
• Recovery rate and homogeneity of doping europium into luminescent metal hydrides by chemical analysis, RSC Adv. 2015, 5, 9722-9726
  R. Hahn, N. Kunkel, C. Hein, R. Kautenburger, H. Kohlmann
  
• Eu2+-Containing Luminescent Perovskite-Type Hydrides Studied by Electron Paramagnetic Resonance, Z. Phys. Chem. 2016, 230, 931-942
  N. Kunkel, R. Böttcher, T. Pilling, H. Kohlmann, A. Pöppl
  
• Homogeneity of doping with paramagnetic ions by NMR, Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 9752-9757
  W. Li, V. R. Celinski, J. Weber, N. Kunkel, H. Kohlmann, J. Schmedt auf der Günne
  
• Ionic Mixed Hydride Fluoride Compounds: Stabilities Predicted by DFT, Synthesis, and Luminescence of Divalent Europium, J. Phys. Chem. C 2016, 120, 10506-10511
  N. Kunkel, H. Kohlmann
  
• Crystal structure and europium luminescence of NaMgH3-xFx, J. Solid State Chem. 2018, 258, 391-396
  C. Pflug, A. Franz, H. Kohlmann