光子上转换激发光调控:~800纳米激发的镧系离子掺杂的上转换纳米材料

光子上转换是一个将两个或者多个低能量的光子转换成一个高能量光子的过程,该发光过程有别于常见的量子点和有机物小分子的荧光发射。目前,研究光子上转换过程的材料主要是基于镧系离子掺杂的上转换纳米材料,其通常由主体材料(如NaYF4)和镧系掺杂离子(如Yb3+,Er3+)组成。在近红外光的照射下,上转换纳米材料通过镧系离子f电子轨道能级的特性,可以将近红外光转换成可见甚至紫外发射光。目前研究表明,镧系离子掺杂的上转换纳米材料在生物成像、靶向治疗、显示、防伪等方面有着很好的应用前景。但是,由于激发波长相对单一、发光效率相对较低等问题,镧系离子掺杂的上转换纳米材料距离大规模的实际应用还有距离。 例如传统的激发波长在980 纳米左右,而水和很多生物样品对这个波段的光有着较强的吸收,这就限制上转换纳米材料在生物成像等方面的应用。为解决这些问题,需要新的纳米设计和材料体系来改变传统上转换纳米材料的性质。

Smll-huangwei

美国麻省医学院韩纲教授课题组和南京工业大学先进材料研究院黄维教授团队都是上转换纳米领域的国际知名研究小组。 他们在早期的工作中提出并发展了800纳米波长激发的上转换纳米材料。总结了当前最新的两种调控上转换纳米材料激发波长的方法:Nd3+离子敏化和有机染料敏化,讨论了通过这两种方法如何将激发波长调至生物兼容性的800纳米左右;接着他们详细的阐述了基于这两种方法的上转换纳米材料发光性质调控,包括发光增强和发光颜色调控。通过介绍基于800纳米左右波长激发的上转换纳米材料的最新应用,该论文讨论了该类材料目前的挑战和机遇,对其后续发展进行了展望。本工作以封面文章的形式发表在Wiley旗下Small(DOI :10.1002/smll.201602843)上。