宽谱近红外光源在农业、信息产业、军事及生物医学等领域具有广阔的应用前景，需求广泛。目前，商用近红外光源主要是卤钨灯和半导体红外发光二极管，其受限于产品的成本、效率、便携性和适应性等因素。因此，研制高效宽谱近红外发光材料及其下转换LED器件，可以解决上述领域发展所面临的“瓶颈”。然而，开发高效、覆盖近红外光谱区的单组份荧光粉仍面临巨大的挑战。
近日，吉林大学白雪教授团队通过操控金属卤化物八面体结构基元，自上而下构筑了高效、覆盖近红外光谱区的稀土离子掺杂无铅双钙钛矿单组份近红外纳米发光材料。
无铅双钙钛矿材料具有六配位晶格结构，是稀土离子理想的掺杂基质；同时其低的声子振动能量能够有效抑制晶格振动与近红外光子的耦合，从而减小声子-光子耦合所产生的近红外光猝灭。首先，研究团队通过引入具有丰富近红外能级的Sm3+，Nd3+，Er3+稀土离子，制备了光谱覆盖范围从850 nm 到1650 nm的高效、单组份近红外荧光粉（近红外荧光量子效率20.3%），这是目前为止所报道的光谱覆盖范围最宽的单组份近红外荧光粉。
进一步研究团队利用飞秒超快泵浦探测光谱技术对材料光学性质的提升机制进行了研究。发现，改变碱金属阳离子在Cs2M(In0.95Sb0.05)Cl6（M为碱金属）纳米晶中的种类与含量，可以调控基质中金属卤化物八面体结构基元，改变基质发光的能级结构，进而增强基质到稀土离子的能量传递效率。另一方面，团队将Judd-Ofelt理论首次应用于稀土掺杂钙钛矿材料中，证明了金属卤化物八面体结构基元的调控可以降低稀土离子局域格位对称性，从而有效增加稀土离子f-f跃迁的辐射跃迁速率。
此外，团队还验证了该红外发光材料具有优异的光、热稳定性，并将其与紫外芯片封装制备了红外LED器件，并展示了其在气体检测和夜视领域的潜在应用。
论文信息
Wide-coverage and Efficient NIR Emission from Single-component Nanophosphors through Shaping Multiple Metal-halide Packages
Xin Li, Xinyu Shen, Min Lu, Jinlei Wu, Yuan Zhong, Prof. Zhennan Wu, Prof. William W. Yu, Yanbo Gao, Junhua Hu, Jinyang Zhu, Prof. Yu Zhang, Prof. Xue Bai
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202217832
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