城市环境所在探究稀土掺杂的双模式发光材料方面取得进展

近年来，双模式发光多功能材料因其在防伪、显示、固态激光、太阳能电池、发光二极管、生物医学等领域的潜在应用而备受关注。其中，稀土掺杂的发光材料由于稀土离子具有丰富的电子跃迁能级，可产生从紫外、可见到近红外的发射光，引起了国内外学者的极大兴趣。

近期，中国科学院城市环境研究所环境安全监测研究组（张洪武团队）设计合成了一种高效的稀土掺杂双模式发光材料。研究选取NaLuF₄为基质，将Ce³⁺和Nd³⁺ 共掺杂，通过简便的水热方法成功合成了NaLuF₄:Ce³⁺, Nd³⁺ 荧光粉，在不同的激发条件下实现了通过在单粒子内的高效的双模式紫外光(UV)和近红外二区光(NIR-II)的发射。

研究发现，较高的NaF/LnCl₃比值不仅能促进NaLuF₄:Ce³⁺, Nd³⁺ 荧光粉的晶相从四方相向六方相转变、形貌由纳米颗粒向微棱镜的形状演变，还能提高NaLuF₄:Ce³⁺, Nd³⁺ 荧光粉的紫外和NIR-II发光性能。一方面，在X射线照射下，由于Ce³⁺ 和Nd³⁺ 共掺杂的NaLuF₄荧光粉具有5d→4f跃迁发射，显示出较强的宽带紫外辐射；另一方面，在808 nm激光的激发下，由于Nd³⁺ 离子的⁴F_3/2→⁴I_11/2和⁴F_3/2→⁴I_13/2电子跃迁，Ce³⁺-Nd³⁺共掺杂NaLuF₄样品产生了较强的NIR-II发射。同时，结合全面的光学性能测试，探讨了X射线和808 nm激光激发下Ce³⁺ 和Nd³⁺ 之间可能的发射和能量传递机制。详细的能量传递机制如下图所示。

该研究不仅为今后双模式发光材料的研究奠定了理论基础，而且也为双模式发光材料在深部组织高分辨生物成像和治疗方面的潜在生物应用提供了新思路。相关研究成果以NIR-II luminescence and X-ray induced UV luminescence from Ce³⁺, Nd³⁺ co-doped NaLuF₄ phosphors为题发表在Journal of Alloys and Compounds上。研究工作得到国家自然科学基金、福建省国际合作重点项目等的资助。

NaLuF₄:Ce³⁺, Nd3+ 在X射线和808 nm激光激发下的UV和NIR-II发射机理和能量传递机制

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