“局部累积输出”——一维链结构实现高光放大增益

日期： 2024-07-01

浏览次数: 313

来源：X-MOL

使用稀土有机配合物作为增益介质的掺钕波导放大器（Neodymium-doped waveguide amplifier, NDWA）可以在1.06 µm波段实现连续波放大，依靠“天线效应”敏化Nd3+离子，从而可以使用低功率发光二极管（light-emitting devices, LED）作为泵浦源，且配合物的可加工性使得NDWA更易于集成到紧凑的光学系统中以补偿光信号损耗，因而受到广泛的关注。然而，单核Nd3+配合物在增益介质中的均匀分散使得局部Nd3+离子密度低，导致对LED泵浦源的吸收和能量利用效率低等问题，因此，开发高增益Nd3+配合物材料仍然存在瓶颈。

基于以上结果，黑龙江大学许辉教授领导的磷基光电功能材料团队与厦门大学张丹教授合作，通过双齿膦氧配体桥接中心稀土Nd3+离子，构建了两种具有Nd(TTA)3单元的一维链配位聚合物[Nd(TTA)3(DBTDPO)]n （Nd1）和[Nd(TTA)3(DPEPO)]n （Nd2），从而在增益介质中实现Nd3+离子局部集中和均匀分布的状态，这使得整个配位重复单元在所有配体的激发态能量吸收与利用中有效协同，以获得高效的Förster共振（Förster resonance, FRET）和Dexter能量传递（Dexter energy transfer, DET）。另一方面，有机配体的刚性和位阻减弱了聚合物分子间的相互作用，抑制了Nd3+离子的浓度猝灭。结果表明，在Nd1或Nd2掺杂的薄膜中均表现出Nd3+离子的累积f-f辐射和沿一维链的有效能量迁移，实现了强近红外发射和高增益。

作者通过单晶X射线衍射分析确定了一维链Nd1和Nd2表现出规则的取向和有序的包装模式。然而，Nd2在三维空间中表现出更短的Nd-Nd间距和无π-π堆积，这使得Nd2具有Nd3+离子更局部密集的激发能量积累和浓度猝灭抑制的优势，使其更适合于高性能和小截面波导放大器。

Nd1和Nd2薄膜在270-420 nm处表现出较宽的吸收带，这些由配体产生的紫外和深蓝色吸收带为LED泵浦奠定了基础。在365 nm和405 nm激发下，Nd1和Nd2的薄膜的光致发光行为反映了配体向Nd3+离子的高效能量传递。

通过垂直顶泵浦模式，采用传统的嵌入式和新型的倏逝场波导结构，掺Nd1波导器件在1.06 µm处的最大相对增益分别为5.4和4.7 dB/cm，值得一提的是，掺Nd2波导器件在1.06 µm处的光学增益性能(最大值为5.7和4.9 dB/cm)超过了大多数无机NDWAs，特别是基于单核Nd3+配合物的NDWAs的< 4.0 dB/cm的最大值。

综上，这项工作证明了一种有效地“局部积累输出”策略用于开发高增益一维链Nd3+配位聚合物近红外发光材料及光波导器件。研究表明，在聚合物基底中均匀分散和Nd3+离子局部集中的平衡是实现高性能NDWAs的关键，而可控的配位自组装为开发相应的镧系元素增益介质提供了可行的途径。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，黑龙江大学化学化工与材料学院博士研究生满意与厦门大学电子科学与技术学院硕士研究生史晓武为论文的共同第一作者，黑龙江大学许辉教授、韩春苗教授和厦门大学张丹教授为共同通讯作者。

上一篇：贺依琳等−CG：微生物驱动抗风化稀土磷酸盐矿物溶解为离子吸附型稀土成矿提供物源下一篇：内蒙古白云鄂博矿床发现两种铌钪新矿物

Hot News / 相关推荐

锚定铂纳米颗粒的三维石墨烯–二氧化铈纳米棒气凝胶用于提升催化性能

2026 - 06 - 04

点击次数: 16

来源：X-MOL直接甲醇燃料电池（DMFC）技术的持续发展对高性能、高耐久性贵金属基电催化剂的研发提出了日益严苛的要求。本文通过溶剂热共组装策略，合理设计并合成了由二氧化铈纳米棒与石墨烯构成的三维（3D）交联纳米结构复合催化剂（CeO2 NRs-G）。超细铂纳米颗粒被均匀锚定于该分级多孔骨架上，形成Pt/CeO2 NRs-G催化剂。该3D纳米结构兼具石墨烯的高导电性与多孔网络结构，可有效促进物质与...

纳米氧化铈的导电性与结构与其催化性能的关系

2026 - 06 - 03

点击次数: 38

来源：X-MOL相较于其他铜掺杂纳米氧化铈材料，于近室温条件下制备的8% Cu–纳米氧化铈在水煤气变换（WGS）反应中展现出优异的催化性能，但其原因十年来一直不甚明确［Si, R. 等，Catal. Today 2012, 180(1), 68–80.］。为探究该现象，我们对采用相同共沉淀法制备的、含铜量为0–16%的纳米氧化铈晶粒进行了电导率测试，并结合对分布函数（PDF）分析获得的结构信息开展...

构建基于铈的金属有机框架，用于四氢喹啉光催化氧化

2026 - 06 - 03

点击次数: 39

来源：X-MOL绿色光催化氧化材料作为环境和化学工程可持续发展的环保策略，吸引了广泛的研究关注。在这项工作中，在温和条件下，以溶温合成了一种新型二维铈基金属有机框架（Ce-MnTCPP）。该框架由锰卟啉配体 MnTCPP 构建，这是一种锰卟啉配体，由 Mn 2+ 离子与四氢喧啶卟啉（TCPP）及铀离子配位形成，已被证明是选择性氧化四氢喹啉的高效光催化剂。在 395 纳米 LED 照射下，其催化性能...

通过光催化记忆效应与铒掺杂协同作用实现高效CO2转化：铒掺杂BiOCl纳米片

2026 - 06 - 02

点击次数: 60

来源：X-MOL为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受到广泛关注，可显著增强光吸收能力和电荷转移效率。本研究采用表面活性剂辅助水热法合成了二维超薄铒（Er）掺杂BiOCl纳米片。Er掺杂不仅抑制了光生载流子的复合，还进一步增强了BiOCl纳米片的光催化记忆效应。Er掺杂与前期可见光辐照诱导的光催化记忆效应之间的协同作用，大幅调控了BiOCl纳米片内部的电子态。实...