综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:021-64321087
  • 技术服务电话:021-64321087
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

哈工大化工与化学学院陈冠英教授首次揭示尺寸依赖的稀土离子能量传递机制

日期: 2024-02-26
浏览次数: 481

来源:哈工大新闻网


哈工大全媒体(梁英爽 李凤 文/图)近日,我校化工与化学学院陈冠英教授团队在稀土掺杂上转换发光领域研究取得突破性进展,研究成果以《尺寸依赖的镧系离子能量传递增强上转换发光量子产率》(Size-dependent lanthanide energy transfer amplifies upconversion luminescence quantum yields)为题,发表在《自然·光子学》上,改变了科学界对稀土上转换发光尺寸效应的传统认知,为稀土掺杂发光材料设计提供全新思路。

稀土上转换纳米晶是一类新兴的反斯托克斯发光材料,在信息安全、生物医学、微纳激光器、超分辨光学显微成像、三维立体显示和能源等领域中具有重要应用。然而,由于纳米结构存在严重的发光猝灭效应(包括体缺陷猝灭、尺寸诱导的表面猝灭等),激发态能量迁移过程存在严重的能量耗散。因此,纳米尺寸上转换材料的量子产率通常比块体对应物材料低几个数量级(约10-1000倍),极大制约其相关应用研究。实现高量子产率的上转换发光对稀土发光研究具有重要意义。

基于此,陈冠英教授团队构建了六方相镱铥掺杂、三明治夹心结构(核-壳-壳结构)的氟化物上转换纳米晶,运用内核和外壳层惰性材料的有效限域隔离保护,通过精准调控中间层厚度(1.2-13纳米),展示了该材料上转换量子效率的尺寸依赖效应。光谱研究和理论微观模型证实该效应与传统认知的表面猝灭效应无关,主要由镧系元素间的长程(10 纳米量级)能量传递过程诱发。最终,团队在亚50纳米尺寸的氟化物纳米晶中获得上转换量子产率高达13%(激光波长:980纳米,功率密度:100瓦/平方厘米),比相同激发条件下微米级的六方相镱铥掺杂块体对应材料高约4倍。该上转换量子产率为纳米结构上转换材料迄今为止历史最高纪录。

该研究首次揭示了稀土离子在纳米晶中存在尺寸依赖的离子间长程能量传递的物理机制,不仅改变了人们长期以来对稀土离子间能量转移物理图像(不应具有尺寸依赖性)的概念理解,相关材料还将在相关纳米光子学和生物光子学应用中发挥重要价值。与此同时,研究成果通过调控实现了高达13%的上转换量子产率,超越了体相材料的上转换量子产率,这一突破打破了自19世纪60年代发现上转换现象以来人们普遍认为的纳米材料上转换发光效率低于体相材料的观念。

哈工大为论文唯一通讯单位,陈冠英教授为论文唯一通讯作者。哈工大化工与化学学院博士研究生李凤为论文第一作者。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所涂浪平副研究员为论文共同第一作者。哈工大化工与化学学院硕士研究生张宇奇,博士研究生黄定昕、刘星旭、张晓荣、杜佳瑞,航天学院樊荣伟教授,化工与化学学院杨春晖教授,伯尔尼大学卡尔·克雷默博士,赫瑞-瓦特大学费尔南多·马尔克斯·休索副教授参与相关研究工作。

该研究获国家自然科学基金、哈工大青年科学家工作室等项目支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41566-024-01393-3



Hot News / 相关推荐
  • 2026 - 10 - 22
    点击次数: 5
    来源:X-MOL本文提出了一种环境无害的无铅双钙钛矿光电探测器,其构型为 FTO/PCBM/La2NiMnO6/CuI/碳。拟议设计配置已通过 SCAPS-1D 进行数值分析,通过优化吸收层厚度、受体掺杂、缺陷密度和界面质量,开发出高性能光电探测器。LNMO(鑭镍锰氧化物)作为吸收剂,在可见光近红外区域具有超过 100,000 cm-1 的高吸收系数,并且与 PCBM(苯基 C6...
  • 2026 - 10 - 21
    点击次数: 18
    来源:X-MOL三氧化钨(WO3)是一种众所周知的光致变色材料,在光照下会发生可逆的颜色变化,使其在智能窗、光存储和传感设备等领域具有广阔的应用前景。本研究通过调控水热反应温度和盐酸浓度,成功合成了一种形貌均匀且可控的WO3神经网络状结构。此外,本研究系统地考察了所制备WO3颗粒的光致变色响应时间,并筛选出响应速度最快的最佳样品。为了显著提升光致变色性能,本研究引入了稀土元素铒(Er)作为掺杂剂。...
  • 2026 - 10 - 21
    点击次数: 17
    来源:X-MOL为了寻找高效的二氧化碳还原光催化剂,稀土元素掺杂因其独特的电子结构和能级而备受关注,这些特性能够显著提高光吸收和电荷转移效率。本研究采用表面活性剂辅助水热法合成了铒掺杂的二维超薄BiOCl纳米片。铒掺杂不仅抑制了光生载流子的复合,而且进一步增强了BiOCl纳米片的光催化记忆效应。铒掺杂与预先可见光照射诱导的光催化记忆效应的协同作用,极大地调控了BiOCl纳米片的内部电子态。实验和密...
  • 2026 - 10 - 20
    点击次数: 37
    来源:X-MOL追求甲醇氧化羴基化为二甲基碳酸酯(DMC)高效催化剂的努力受限于在传统单基点/混合位点同时激活 CO 和甲醇的动力学挑战。本研究通过对双金属锌/铒-ZIF 进行热解,演示 0 了 Co–CoO x 界面工程策略,以构建 Co@NC 催化剂。系统调节锌/辅导比和热解温度控制纳米颗粒尺寸和氧化态,产生最佳催化剂 Co@NC-4,表现出高 DMC 时空产率(5.9 g DMC g cat...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务