多能量传递途径实现超强宽带红外上转换发光

上转换发光材料具有将红外光转换成可见光的新颖特性,在光伏太阳能电池、生物成像、高灵敏生物传感等领域具有广阔的应用前景。自从1960年左右上转换概念被提出后,人们一直在追求高效、宽带红外上转换的过程,但是,目前开发的上转换材料严重受限于稀土元素的吸收弱和吸收窄的缺点,从而限制其实用化和器件化的进程, 尚未在无机材料或者有机材料体系有成功的报道。

AOM chen

最近,哈尔滨工业大学的陈冠英团队和美国纽约州立大学的Paras N Prasad团队合作的最新研究成果,采用无机内核-无机壳层-有机壳层结构设计,创造了一种新型有机-无机杂化级联敏化上转换复合材料,通过多条能量级联传递路径成功实现了超强、宽带的上转换多色发光。该体系具有三个突出的优点:1)内核无机纳米材料可以根据需要掺杂不同类型稀土激活离子,实现上转换发光颜色的精准调控;2)外延生长的无机壳层材料,不但可以有效抑制内核粒子表面淬灭效应极大增强上转换发光,而且可以在其壳层上掺杂特定类型的敏化稀土离子来作为连接外层染料和内核稀土离子能量传递的桥梁;3)键联在无机核壳结构纳米晶表面(最外层的)的有机染料,可以实现有机-无机杂化复合材料对红外光的有效强烈吸收,宽吸收范围(680-850nm),约是稀土元素吸收10倍,强吸收截面(~ 10-17cm2),约是稀土离子(如Yb3+, ~ 10-20cm2)三个数量级。另外,通过构筑多条能量输运途径,使得能量从有机染料分子向内核稀土离子的定向传递效率达98%左右,将上转换效率提高到12~16%左右。结果发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201600556)。

超强宽带红外上转换材料的创造将有利推动其在生物成像、三维立体显示、红外太阳能电池等领域中的实用化进程。