缺陷调控稀土掺杂钨酸钪的荧光热增强

日期： 2023-06-12

浏览次数: 117

来源：X-MOL

稀土发光材料具有窄峰发射、发光波长可调、荧光寿命长以及抗荧光漂白等优异性质，因此被广泛应用于照明、成像、光通信、生物诊疗和光学防伪等多种领域。但是，稀土离子发光会受到荧光热猝灭效应的影响，即随着环境温度的升高，其发光强度不断衰减，直接限制了稀土发光材料在大功率光学照明、激光、光热催化和热光伏等高温环境下的应用。因此，科研人员一直致力于开发抗热猝荧光材料。

近日，南京工业大学黄岭教授团队以稀土离子掺杂钨酸钪为研究对象，通过调控基质晶格中的Frenkel缺陷，同时实现了稀土离子上转换和下转移荧光热增强，工作温度分别达到了创纪录的1073 和 500 K（最高仪器测量范围），并将其应用于热光伏电池的性能提升。

钨酸钪为准层状正交相结构，具有较大的晶格间隙。作者通过精细的光学表征和理论计算，首次证明晶体结构中本征的WO42-基团在高温烧结过程中会扭曲到晶格间隙，形成Frenkel缺陷，即非本征WO42-基团。本征和非本征WO42-的能级重叠形成了单线态和三线态能级对，起到了蓄能池的作用。当激发钨酸钪的单线态或三线态能级对时，蓄能池存储的激发光能量可以共振传递给掺杂的稀土离子，敏化Yb3+、Er3+、Eu3+、Tb3+和Sm3+的下转移荧光热增强。同理，在976 nm激光激发下，Yb3+和WO42-三线态能级对之间的能量互传导致了Yb3+的近红外发光热增强，并进一步经过Yb3+-Ln3+能量传递，敏化了Er3+、Eu3+和Tb3+的上转换发光热增强。

需要强调的是，虽然钨酸钪是一类典型的负热膨胀材料，但作者团队清晰地证明了这么大幅度的发光热增强和负热膨胀几乎没有关系（贡献仅为~2%），最根本的贡献还是来自于材料内部的结构变化所导致。即Frenkel缺陷的产生导致蓄能池的形成，而蓄能池在高温下释放到发光离子的能量大于热猝灭所消耗的，因此产生了发光热增强。

稀土掺杂钨酸钪在多模式激发下优异的荧光热增强特性，使其具有良好的应用前景，尤其是对于荧光温度传感以及热光伏电池等高温环境下的应用。作者基于Yb3+/Er3+共掺杂钨酸钪荧光材料构建了热光伏电池。利用Er3+离子的上转换和下转移荧光增强性质，有效地提升了热光伏电池性能，最高在1073 K下实现了246倍的光电流信号增强。

总而言之，该工作基于稀土掺杂钨酸钪基质提出了一类新的抗荧光热猝灭机理，并首次在单一基质中同时实现包括Yb3+、Er3+、Eu3+、Tb3+、Sm3+的下转移荧光和Er3+、Eu3+、Tb3+的上转换荧光热增强，为面向高温环境下发光材料的设计以及应用提供了崭新的思路。同时，这种结构上的新发现进一步完善了人们对于钨酸钪类化合物的固体化学认知。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南京工业大学博士研究生魏阳和潘岳。

上一篇：打通上下游、唱好协奏曲，上海市稀土协会助力产业高质量发展下一篇：张洪杰院士团队建立稀土矿生物分离工程技术及高值利用新范式

Hot News / 相关推荐

南京大学团队：“燃气蒸汽联合循环机组全工况超低排放催化技术研究与应用”项目取得突破

2025 - 10 - 29

点击次数: 19

来源：中国稀土网近日，中国稀土学会理事、催化专业委员会委员、南京大学董林教授团队联合大唐南京热电有限责任公司攻坚的“燃气蒸汽联合循环机组全工况超低排放催化技术研究与应用”科技项目取得圆满成功。该项目成功破解了燃机在启停、低负荷等复杂工况下氮氧化物排放控制的行业瓶颈，标志着我国在燃气发电环保领域取得了新进展。面对机组启停及低负荷阶段出现的剧烈温度波动、高空速、高湿度等极端复杂工况，董林教授团队充分发...

白云鄂博矿产资源开发利用实现三项技术突破

2025 - 10 - 29

点击次数: 20

来源：中国稀土网近日，包钢集团矿山研究院科研团队传来捷报，依托包钢集团重点科研项目与深地科技国家重大专项，针对白云鄂博复杂共伴生矿开发难题，科研团队在铌资源精细化利用领域取得“快速检测、精准定位、质量预报”三大技术突破，对增强国家战略资源安全保障能力具有积极意义。快速检测“CT扫描仪”为破解白云鄂博复杂共伴生矿在采矿作业过程中存在的传统理化分析时间长、指导现场生产不及时等问题，科研团队成立多元素快...

巴西坎波格兰德稀土矿等项目进展

2025 - 10 - 28

点击次数: 30

来源：中国稀土网 1、埃奎诺克斯资源公司（Equinox Resources）在巴西的坎波格兰德项目（Campo Grande）钻探证实一个浅部稀土成矿系统。中段钻探在1米深处见矿14米，总稀土氧化物（TREO）品位0.4022%，磁体稀土氧化物（MREO）占比为26%。北部钻探在45米深处见矿15米，TREO品位0.3268%，MREO占比21%。该矿临近巴西稀土公司（Brazilian Ra...

内蒙古自治区工信厅召开三季度全区重点工业行业经济运行座谈会

2025 - 10 - 27

点击次数: 50

来源：中国稀土网10月22日，内蒙古自治区工信厅副厅长杨茂盛主持召开三季度全区重点工业行业经济运行座谈会，围绕当前各重点行业发展形势、前三季度运行情况、存在的问题及对全年走势的判断展开交流，研究推动行业高质量发展相关工作。会上，自治区钢铁有色金属工业协会、有色金属产业促进会、稀土行业协会、水泥协会、石油和化学工业协会、氟硅产业促进会、氯碱行业协会、现代煤化工产业链促进会、光伏装备产业促进会、低空经...