Formation of mineral-like phases in the system Sr9In(PO4)7–Ca9Ln(PO4)7

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

   Research subject. A series of mineral-like phases with strontiowhitlockite structure (1–x)Sr9In(PO4)7–xCa9Ln(PO4)7 Ln = Eu3+, Yb3+.   Aim: An analysis of phase formation patterns and crystal-chemical characteristics influencing the crystallization of mineral-like phases within the studied series.   To achieve the aim, the following set of Materials and Methods is used: the powder X-ray diffraction (PXRD), the second harmonic generation (SHG), dielectric spectroscopy, the photoluminescence spectroscopy.    Results. Doped phosphates with strontiowhitlockite structure were synthesized by a high temperature solid-state method. The structure was confirmed through X-ray diffraction method. The PXRD patterns of all samples were compared with strontiowhitlockite-type phosphate Sr9In(PO4)7. There was an absence of SHG signals, conforming the non-polar structure. The λ-maximum is observed in the temperature dependence of the dielectric constant for all sensitized samples, while no anomalies were recorded on the loss tangent. The similar behaviour in dielectric curves may indicate isostructurality of studied samples, and crystallisation in non-polar space group. It was shown that samples demonstrate stable photoluminescence in red-orange region for Eu3+-doped phosphates, while Yb3+-doped ones shown IR-photoluminescence properties.   Conclusions. A series (1–x)Sr9In(PO4)7–xCa9Ln(PO4)7 was crystallised in Sr9In(PO4)7 structure, where Sr2+ sites, with coordination number equals to 8, were substituted by Ca2+ and Eu3+. Such ions cannot occupy In3+ site, which is presented by small octahedral, due to high ionic radius difference between ions. However smallest ion as Yb3+ can occupy small octahedral site. Dielectric and photoluminescence properties were studied in (1–x)Sr9In(PO4)7–xCa9Ln(PO4)7.

About the authors

I. V. Nikiforov

M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: nikiforoviv@my.msu.ru

E. S. Zhukovskaya

M.V. Lomonosov Moscow State University

A. N. Gosteva

I.V. Tananaev Institute of Chemistry – Subdivision of the Federal Research Centre, KSC RAS

S. M. Aksenov

Geological Institute, KSC RAS; Laboratory of Arctic Mineralogy and Material Sciences, KSC RAS

D. V. Deyneko

M.V. Lomonosov Moscow State University; Laboratory of Arctic Mineralogy and Material Sciences, KSC RAS

References

  1. Никифоров И.В., Титков В.В., Аксенов С.М., Лазоряк Б.И., Барышникова О.В., Дейнеко Д.В. (2024) Структурные особенности люминофоров на основе стронциовитлокита. ЖСХ, 65(8), 131548-131548. doi: 10.26902/jsc_id131548
  2. Asmaa E.K., Mohammed E., Giancarlo D.V., Armida S., Rosanna R., Manuela R., Francesco C. (2017) Synthesis, structure refinement and vibrational spectroscopy of new rare-earth tricalcium phosphates Ca9RE(PO4)7 (RE = La, Pr, Nd, Eu, Gd, Dy, Tm, Yb). Ceram. Int., 4715645-15653.
  3. Belik A.A., Izumi F., Ikeda T., Okui M., Malakho A.P., Morozov V.A., Lazoryak B.I. (2002) Whitlockite-Related Phosphates Sr9A(PO4)7 (A=Sc, Cr, Fe, Ga, and In): Structure Refinement of Sr9In(PO4)7 with Synchrotron X-Ray Powder Diffraction Data. J. Solid State Chem., 168(1), 237-244. doi: 10.1006/jssc.2002.9716
  4. Belik A.A., Izumi F., Stefanovich S.Y., Malakho A.P., Lazoryak B.I., Leonidov I.A., Leonidova O.N., Davydov S.A. (2002) Polar and Centrosymmetric Phases in Solid Solutions Ca3-xSrx(PO4)2 (0 ≤ x ≤ 16/7). Chem. Mater., 14(7), 3197-3205. doi: 10.1021/cm020243l
  5. Britvin S.N., Pakhomovskii Y.A., Bogdanova A.N., Skiba V.I. (1991) Strontiowhitlockite, Sr9Mg(PO3OH) (PO4)6, a new mineral species from the Kovdor Depo sit, Kola Peninsula, U.S.S.R. Can. Mineral., 29(1), 87-93.
  6. Deyneko D.V., Aksenov S.M., Nikiforov I.V., Stefanovich S.Y., Lazoryak B.I. (2020) Symmetry Inhomogeneity of Ca9-xZnxEu(PO4)7 Phosphor Determined by Second-Harmonic Generation and Dielectric and Photoluminescence Spectroscopy. Cryst. Growth Des., 20(10), 6461-6468. doi: 10.1021/acs.cgd.0c00637
  7. Deyneko D.V., Nikiforov I.V., Spassky D.A., Dikhtyar Y.Y., Aksenov S.M., Stefanovich S.Y., Lazoryak B.I. (2019) Luminescence of Eusup>3+ as a probe for the determination of the local site symmetry in β-Ca3(PO4)2-related structures. CrystEngComm, 21(35), 5235-5242. doi: 10.1039/C9CE00931K
  8. Du F., Nakai Y., Tsuboi T., Huang Y., Seo H.J. (2011) Luminescence properties and site occupations of Eu3+ ions doped in double phosphates Ca9R(PO4)7 (R = Al, Lu). J. Mater. Chem., 21(12), 4669-4678. doi: 10.1039/C0JM03324C
  9. Kim D., Seo Y.W., Park S.H., Choi B.C., Kim J.H., Jeong J.H. (2020) Theoretical design and characterization of high efficient Sr9Ln(PO4)7: Eu2+/sup> phosphors. Mater. Res. Bull., 127, 110856. doi: 10.1016/j.materresbull.2020.110856
  10. Kong J., Wang Y., Tong W., Li L., Xu Y., Chen N., Liu N. (2024) Highly efficient cyan-red emission in self-activated Sr9In(VO4)7:xEusup>3+ phosphors for applications in W-LEDs and optical thermometry. J. Alloys Compd., 983, 173936. doi: 10.1016/j.jallcom.2024.173936
  11. Ma X., Sun S., Ma J. (2019) A novel orange-red Sr9Ga(PO4)7:Sm3+ phosphors for white light emitting dio des. Materials Res. Express, 6(11), 116207. doi: 10.1088/2053-1591/ab47c6
  12. Morozov V.A., Belik A.A., Stefanovich S.Y., Grebenev V.V., Lebedev O.I., Van Tendeloo G., Lazoryak B.I. (2002) High-temperature phase transition in the whitlockite-type phosphate Ca9In(PO4)7. J. Solid State Chem., 165(2), 278-288.
  13. Nikiforov I.V., Spassky D.A., Krutyak N.R., Shendrik R.Y., Zhukovskaya E.S., Aksenov S.M., Deyneko D.V. (2024) Co-Doping Effect of Mn2+ and Eu3+ on Luminescence in Strontiowhitlockite Phosphors. Molecules, 29(1). doi: 10.3390/molecules29010124
  14. Yu M., Lin J., Wang S.B. (2005) Effects of xand R3+ on the luminescent properties of Eu3+ in nanocrystalline YVxP1-xO4:Eu3+ and RVO1:Eu3+ thin-film phosphors. Applied Physics A, 80(2), 353-360. doi: 10.1007/s00339-003-2230-5.
  15. Yu Q., Wang L., Huang P., Shi Q., Tian Y., Cui C.E. (2020) Synthesis and photoluminescence properties of Eu2+-activated Sr9In1-yLuy(PO4)7 phosphors. J. Mater. Sci. – Mater. Electron., 31(1), 196-201. doi: 10.1007/s10854-018-0501-3
  16. Zhang J., Cai G., Wang W., Ma L., Wang X., Jin Z. (2020) Tuning of Emission by Eu3+ Concentration in a Pyrophosphate: The Effect of Local Symmetry. Inorg. Chem., 59(4), 2241-2247. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b02949

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Nikiforov I.V., Zhukovskaya E.S., Gosteva A.N., Aksenov S.M., Deyneko D.V.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».