近红外 (NIR) 光在无损检测、食品分析、植物生长照明和夜视等各个领域都有广泛的应用。然而，开发集成式便携式高性能NIR光源仍然是一个巨大的挑战。目前，大多数研究集中在 Cr³⁺ 掺杂的磷光体材料作为宽带NIR发光的首选。这些材料对晶体场强度和配位环境敏感，在弱八面体晶体场中允许650-1200 nm的宽发射范围。然而，Cr³⁺ 可能会在磷光体制备过程中被氧化成Cr⁴⁺、Cr⁵⁺ 或Cr⁶⁺，导致通过离子间能量转移的不可避免的非辐射能量损失，并最终降低发光效率。此外，Cr³⁺ 的毒性限制了其在生物医学领域的应用。因此，迫切需要探索用于NIR 磷光体的新离子，以实现高发射性能。
研究方法
杭州电子科技大学钟家松教授团队提出了一种通过在MgGa₂O₄:Fe³⁺ (MGO:Fe³⁺) 中进行 F⁻ 取代来增强 NIR 发射的空位修复工程。F⁻ 取代可以有效地修复 MGO 的固有 O 空位缺陷，从而抑制有害的电子俘获效应。同时，F⁻ 的引入会导致 MGO 晶格畸变，打破 Fe³⁺ 的禁戒跃迁。通过高温固相法合成了一系列不同 F⁻ 掺杂比例的 MGO:0.002Fe³⁺ 磷光体。利用 X 射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、能量色散 X 射线光谱 (EDS)、光致发光 (PL) 光谱、漫反射光谱、光致发光激发 (PLE) 光谱和密度泛函理论 (DFT) 计算等手段对样品进行了表征和分析。
研究亮点
与原始的 MGO:Fe³⁺ 相比，F⁻ 修复的 MGO:Fe³⁺ (MGOF:Fe³⁺) 的 NIR 发射强度提高了 16 倍。 MGOF:Fe³⁺ 在 363 K 和 423 K 时仍能保持 91.17% 和 85.10% 的发光强度，表现出优异的热稳定性。 MGOF:Fe³⁺ 的 NIR 发射可用于夜视、无损生物组织检测和食品分析。
研究意义
这项工作不仅展示了一种具有高发射性能的新型 NIR 磷光体，而且为 Fe³⁺ 掺杂的磷光体在多功能应用中提供了一个新的视角。所提出的用于增强 NIR 发射的空位修复策略可以激发一些新的思路和概念，用于制造用于更广泛应用的高性能磷光体。
图2. a) MGO: Fe³⁺ 和 MGOF: Fe³⁺ 样品的 XRD 图谱。b) MGO: Fe³⁺,yF- (0≤y≤1.2) 样品的晶体学参数、Ga-O/F 的平均键长和畸变指数。c) 缺陷钝化和晶格畸变导致近红外发射增强示意图。
作者
Y. Ye, Y. Ding, H. Yang, Q. Mao, L. Pei, M. Liu, J. Zhong, Boosting Near-Infrared Emission in Spinel-Type Phosphor via Oxygen Vacancy Engineering for Versatile Application, Advanced Functional Materials 34(42) (2024) 2405048. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202405048
编译：贺君敬 博士
