近日，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)研究員鄭偉等提出一種Te4+/Ln3+共摻雜策略，利用Te4+→Ln3+(Ln = Er、Nd、Yb)的高效能量傳遞過程，實(shí)現(xiàn)Cs2ZrCl6空位有序型雙鈣鈦礦的高效NIR發(fā)光(圖1)。研究通過Te4+單摻Cs2ZrCl6獲得寬帶黃光發(fā)射，發(fā)光量子產(chǎn)率達(dá)59.3%，并利用變溫高分辨光譜、拉曼光譜等手段對(duì)Te4+的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)、電-聲子耦合相互作用進(jìn)行研究，揭示其發(fā)光來源于Te4+的3P1 → 1S0電子躍遷。
 

　　進(jìn)一步地，科研團(tuán)隊(duì)通過Te4+/Ln3+共摻雜Cs2ZrCl6，利用Te4+在近紫外(NUV)波段的1S0 →3P1吸收允許躍遷來提高材料的吸收效率，并通過Te4+→Ln3+的高效能量傳遞過程，實(shí)現(xiàn)了Er3+、Nd3+、Yb3+的高效多色NIR發(fā)光。在392 nm單一波長(zhǎng)激發(fā)下，Cs2ZrCl6: Te4+/Ln3+呈現(xiàn)Te4+的寬帶黃光發(fā)射，并觀測(cè)到來自Er3+、Nd3+、Yb3+在1539 nm、1073 nm和1002 nm處的特征窄帶NIR發(fā)射(圖2)，分別歸屬于Er3+的4I13/2 → 4I15/2、Nd3+的4F3/2 → 4IJ和Yb3+的2F5/2 → 2F7/2電子躍遷，其中Er3+的NIR發(fā)光量子產(chǎn)率達(dá)到6.1%。研究還通過變溫激發(fā)、發(fā)射光譜和變溫?zé)晒鈮勖鼫y(cè)試，揭示了Te4+→Er3+的聲子輔助能量傳遞過程以及Te4+–Yb3+的荷移躍遷介導(dǎo)能量傳遞過程。
 

　　此外，研究還驗(yàn)證了該材料良好的結(jié)構(gòu)、空氣和發(fā)光穩(wěn)定性，并將其與392 nm NUV-LED芯片封裝研制出高性能的可見/近紅外(vis/NIR)雙波段發(fā)光的LED器件，證明其在無損檢測(cè)、夜視照明、熒光成像領(lǐng)域的潛在應(yīng)用(圖3)。該研究提出了利用Te4+敏化稀土近紅外發(fā)光的新策略，并為新型高效多功能的近紅外發(fā)光金屬鹵化物的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為熱點(diǎn)論文。研究工作得到中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金和閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主任基金等的支持。
 

　　陳學(xué)元團(tuán)隊(duì)在無鉛金屬鹵化物的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)、光學(xué)性能及應(yīng)用研究方面取得了系列進(jìn)展：通過Cu+摻雜提升自限激子態(tài)密度和輻射復(fù)合速率，實(shí)現(xiàn)Cs2(Ag/Na)InCl6雙鈣鈦礦高效發(fā)光(Adv. Sci.)；通過A位陽離子替代與八面體結(jié)構(gòu)基元調(diào)控，實(shí)現(xiàn)零維銦基鹵化物納米晶的高效全光譜可調(diào)諧發(fā)光(Adv. Opt. Mater.、Nano Today)；通過Bi3+/Te4+共摻實(shí)現(xiàn)Cs2SnCl6空位有序型雙鈣鈦礦的雙帶可調(diào)諧白光發(fā)射(Angew. Chem. Int. Ed.)。
 

　　圖1.基于Te4+/Ln3+共摻雜Cs2ZrCl6實(shí)現(xiàn)高效近紅外發(fā)光：晶體結(jié)構(gòu)示意圖、電致發(fā)光光譜、Te4+→Ln3+能量傳遞示意圖、vis/NIR-LED及照明成像。
 

　　圖3.a、保存3個(gè)月前后Cs2ZrCl6: 0.5%Te4+/0.8%Er3+微晶的XRD譜圖對(duì)比；b、保存3個(gè)月前后Cs2ZrCl6:Te4+/Ln3+微晶Te4+的黃色發(fā)光以及Er3+、Nd3+、Yb3+的近紅外發(fā)光強(qiáng)度對(duì)比；c、Cs2ZrCl6: Te4+/Ln3+與392 nm NUV-LED芯片封裝的vis/NIR-LED的電致發(fā)光光譜及對(duì)應(yīng)的發(fā)光照片(驅(qū)動(dòng)電流為40 mA)；d、不同條件拍攝的多肉植物照片：1、日光下，2、暗室，3-6、vis/NIR-LED照射下，1-3和4-6分別由可見和近紅外相機(jī)拍攝。