Luminescent metal hydrides containing europium(II) and hydrogenation studies of ytterbium and LixSr1-1AlSi

Abstract

The first systematic study of Eu(II)-luminescence in hydride and hydride-fluoride host lattices is described within the present work. Due to its high emission intensities and the dependence of its emission wavelength on its coordination sphere, Eu(II) is of major importance for the design of luminescent materials. Eu(II) luminescence was studied in hydrides of the alkaline earth metals MH2 (M = Ca, Sr, Ba), the perovskites LiMH3 (M = Sr, Ba), AMgH3 (A = Na, K), ternary magnesium hydrides and the hydride-fluorides EuHxF2-x, LiMHxF3-x (M = Sr, Ba) and KMgHxF3-x. Samples showed broad band emission as it is typical for the electric dipole transition 4f7 - 4f65d. The widest redshift ever observed in the emission of Eu(II) was found for the alkaline earth metal hydrides MH2 (M = Ca, Sr, Ba) and NaMgH3. Extremely well-resolved spectra of Eu(II) in LiSrD3 and LiSrH3 allowed the assignment of different vibrational modes and thus the clarification that the bonding in the 4fn-1 5d(eg) excited state is weaker than in the ground state and also the first quantitative estimation of the crystal field strength of hydride and deuteride ever. It was also shown that the variation of the hydride and fluoride content in mixed compounds allows the targeted design of phosphors with varying emission colors. Additionally, in-situ deuteration studies of Yb and theoretical studies of the hydrogenation of LixSr1-xAlSi were carried through.

In der vorliegenden Arbeit wurde die erste systematische Untersuchung von Eu(II)-Lumineszenz in Hydrid- und Hydridfluoridwirtsgittern durchgeführt. Aufgrund seiner hohen Emissionsintensitäten und der Abhängigkeit der Emissionsenergie von der Koordinationssphäre ist Eu(II) von großer Bedeutung bei der Herstellung von Leuchtstoffen. Eu(II)-Lumineszenz wurde in den Hydriden der Erdalkalimetalle MH2 (M = Ca, Sr, Ba), den Perowskiten LiMH3 (M = Sr, Ba), AMgH3 (A = Na, K) und ternären Magnesiumhydriden sowie den Hydridfluoriden EuHxF2-x, LiMHxF3-x (M = Sr, Ba) und KMgHxF3-x untersucht. Die Verbindungen wiesen die für den elektrischen Dipolübergang 4f7 - 4f65d typischen breiten Emissionsbanden auf. Die weiteste bekannte Rotverschiebung der Emission von Eu(II) wurde für die Erdalkalimetallhydride MH2 (M = Ca, Sr, Ba) sowie NaMgH3 beobachtet. Hochaufgelöste Eu(II)-Spektren in LiSrD3 and LiSrH3 erlaubten die Zuordnung verschiedener Schwingungsmoden und somit die Klarstellung, dass die Bindungsstärke im angeregten 4fn-1 5d(eg) schwächer als im Grundzustand ist und weiterhin die erste quantitative Abschätzung der Kristallfeldstärke von Hydrid und Deuterid. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Variation von Hydrid- und Fluoridgehalt in gemischten Verbindungen die gezielte Synthese von Leuchtstoffen mit gewünschten Emissionsfarben ermöglicht. Zusätzlich wurden in-situ Deuterierungsuntersuchungen an Yb und theoretische Studien der Hydrierungen von LixSr1-xAlSi durchgeführt.