现代社会对能源的需求使得新能源的研究和发展不断深入，太阳能电池是其中最为典型的代表。太阳能电池研究的重点之一是提高其能量转换效率。红外量子剪裁材料能够对太阳光谱进行修饰，是提高太阳能电池转换效率的可能途径之一。合理有效地利用能源同样非常重要，这要求光电设备和器件具有更好的节能效果。白光LED照明是新型的节能照明设备，高效的白光LED红粉将有效改善LED灯的显色指数和流明效率等参数，有助于实现节能环保的白光照明。基于上述考虑，本论文的研究工作从以下两方面展开：红外量子剪裁材料的制备和发光学性质研究，以及白光LED红粉的设计和研究。　　 第一章中，我们介绍了发光材料和稀土发光材料的基本性质和应用情况，并对稀土离子的能级结构、电偶极跃迁选择定则、晶体场的影响、无辐射跃迁和共振能量传递等基本物理图像做了简单的回顾。绪论部分还介绍了可见光量子剪裁和红外量子剪裁材料的基本情况和研究进展，特别分析了红外量子剪裁材料研究中存在的问题以及可能的解决方法。　　 第二章研究了氟化物基质中稀土双掺杂红外量子剪裁。　　 首先，我们使用共沉淀法成功制备了不同浓度Pr3+和Yb3+离子掺杂的LaF3粉末材料。X射线衍射显示所有样品均为单一的六方相，即使在高掺杂浓度下，仍然没有杂相出现。常温下的激发谱，发射谱以及衰减曲线给出了Pr3+-Yb3+之间存在能量传递的证据。Pr3+离子3p0能级到Yb3+离子的能量传递具有很高的效率，10％Yb3+掺杂时效率高达61.6%。红外光谱以及变温条件下光谱的测量证明了Pr3+-Yb3+体系能量传递分为两个步骤：Pr3+(3p0)+Yb3+(2F7/2)→Pr3+(1G4)+Yb3+(2F5/2)之间的交叉弛豫和Pr3+(1G4)+Yb3+(2F7/2)→Pr3+(3H4)+Yb3+(2F5/2)之间共振能量传递，而不是之前文献报道的合作能量传递。　　 另外，我们利用水热法制备了Ho3+和Yb3+掺杂的NaYF4粉末材料，X射线衍射表明样品为单一的六方相。在水热过程中加入柠檬酸三钠作为螯合剂时，样品的形貌规则，分散性良好，同样为单一的六方相。通过研究激发和发射光谱、可见和红外发光的浓度依赖以及荧光衰减曲线，第一次证实了该材料中存在红外量子剪裁过程。同时我们通过分析光谱数据研究了能量传递的机理，发现Ho3+到Yb3+的能量传递通过两次连续的交叉弛豫能量传递实现。在这一转换过程中，Ho3+吸收300-400nm范围内光子的能量并传递给Yb3+，从而发射两个1000nm的光子。此外我们对能量传递的效率进行了计算，结果表明材料的内量子效率高达155.2%。　　 第三章研究了使用固相法制备的Yb3+离子掺杂的NaY(WO4)2粉末。基质发光性质的研究表明基质的发射为蓝光波段的宽带谱，有效激发位于250-300nm范围内。在Yb3+离子引入基质后，在紫外光266nm激发下，样品具有很强的来自于Yb3+离子的红外发射。Yb3+离子1000nm红外发射的激发谱和基质发射的激发谱重叠，说明存在从基质到Yb3+离子的能量传递。而Yb3+-O2-的电荷迁移态一般对应于能量更高的波段，另外基质到Yb3+离子的双能级能量差需要10个以上的声子协助能量传递，因此我们使用合作能量传递来解释这一过程。我们还研究了不同Yb3+离子掺杂浓度对样品发射谱和荧光衰减曲线的影响。通过基质发射的衰减曲线可以计算能量传递的效率，结果表明40%Yb3+离子掺杂时能量传递效率高达81.6%。同时我们观察到在这一基质中，Yb3+离子具有非常高的猝灭浓度(40%)，而高猝灭浓度有利于提高材料的发光强度。此外，我们从基质的晶体结构上分析了高猝灭浓度的形成机理。　　 第四章中，我们简单介绍了白光LED照明研究背景以及三种解决方案，并给出了白光LED荧光粉的基本情况和研究进展。结合在红外量子剪裁研究中对铝酸盐材料的研究经验，我们探索了其用于白光LED红粉的可能性。我们利用溶胶凝胶法制备了Eu3+激活的Y2MoO6红色荧光粉，并研究了不同热处理温度下样品的结构和形貌特征，结构表明热处理温度的升高使得样品粒径变大。我们还研究了不同Eu3+离子掺杂浓度和热处理温度对样品激发谱、发射谱和荧光衰减曲线的影响。由于基质电荷迁移态吸收在250nm到450nm范围内具有强烈吸收，而且存在从基质到Eu3+离子的能量传递，Eu3+离子的激发谱中出现了基质的特征吸收。热处理温度升高时，样品激发谱中的宽带激发吸收向长波方向移动。热处理温度在1200℃以上时激发谱中宽带激发峰位置不再发生变化。在研究不同Eu3+离子掺杂浓度对样品发光性质影响的过程中，我们发现Eu3+离子在Y2MoO6基质中具有较高的猝灭浓度(20%)，并从基质的结构上分析了形成高猝灭浓度的原因。通过选取Y2MoO6这一特定的基质材料，基质的电荷迁移态激发位置与商品化近紫外LED芯片的发射实现了有效重叠。和当前广泛应用的商品红色荧光粉相比，在同样的激发条件下，我们的样品的发射积分强度是商品粉的2.3倍。