背景介绍
Cr3+离子发光具有宽波段发射、发射光波长可调、高量子产率等一系列优势，在固态激光器、显示与照明、荧光成像及光学传感等领域得到了广泛的关注和应用。然而，Cr3+离子发光受限于较强的荧光热猝灭效应，即随着环境温度升高，其发光强度急剧衰减，严重限制了Cr3+在高功率照明、固态激光器、高温环境下光学传感等场景中的应用。针对上述局限，尽管研究人员已经开发了多种策略用于实现Cr3+离子的抗热猝灭发光，但普遍忽视了对Cr3+离子上转换发光及其抗热猝灭性能的研究。因此，开发Cr3+离子抗热猝灭上转换发光策略，推动其在中高温环境下的光学应用仍然是一个挑战。
成果简介
南京工业大学黄岭课题组使用高温固相法合成了Sc2(WO4)3荧光粉，其正交相晶体结构由ScO6八面体和WO4四面体通过角共享的方式连接而成。其中Sc3+离子位于八面体中心，可供Yb3+离子和Cr3+离子进行取代型掺杂（图1a），这不仅满足Cr3+离子的发光条件，也为Yb3+→Cr3+的协同敏化上转换发光过程奠定基础。
在高温固相合成过程中，Sc2(WO4)3晶体结构中位于本征位点的部分WO42-基团倾向于扭转后进入晶格间隙位置，形成Frenkel缺陷，即非本征WO42-基团（图1b）。在此情况下，本征和非本征WO42-的能级重叠形成了“蓄能池”。在976 nm激发下，蓄能池将吸收与存储来自于Yb3+传递的能量，并在高温下不断将能量反传给Yb3+离子，使得Yb3+具有抗热猝灭发光特性（图1c）。在此基础上，研究团队利用Yb3+双光子吸收虚拟能级与Cr3+离子4T1能级的匹配性，通过Yb/Cr共掺杂构建了Yb3+→Cr3+协同敏化能量传递路径，在实现Cr3+离子上转换发光的同时，将Yb3+的抗热猝灭发光能力传递给Cr3+离子，最终实现了Cr3+离子的抗热猝灭上转换发光，最高在460 K时增强了16倍（图1d）。该工作不仅为Cr3+基荧光粉在中高温环境下的应用提供了新的视角，研究思路也可扩展至其它过渡金属离子的抗热猝灭上转换发光研究。
作者简介
黄岭：新疆大学二级教授，博士生导师。2001年于南京大学获得无机化学博士学位，2001-2008年先后在美国加州大学伯克利分校、佛罗里达州立大学、西北大学以及康宁公司总部从事纳米材料排列与组装的研究，2009年开始在新加坡南洋理工大学任职副教授，2012年底回国加入南京工业大学，相继获批2012年度江苏省特聘教授重点支持（5/50），江苏省“双创计划”，2021年开始任职于新疆大学化学学院、碳基能源资源化学与利用国家重点实验室。迄今已在Nature,Science, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Agnew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Rev., Chem. Soc. Rev.等期刊发表论文200余篇。
陆延青：南京大学副校长、教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者、“万人计划”科技创新领军人才、教育部创新团队带头人、中国光学学会会士、美国光学学会会士、中国光学工程学会会士。主要围绕介电体超晶格、液晶材料、光纤光学等方向开展工作，在离子型声子晶体、液晶材料及其光电应用等方向的具有国际影响。在Science, Nat. Nanotech., Nat. Photonics, PNAS, Sci. Adv., Nat. Commun., PRL, Adv. Mater.等刊物上发表论文300余篇，被引10000余次，授权专利70余项。
文章信息
Wei Y, Wu S, Chen R, et al. Anti-thermal quenching upconversion luminescence of Cr3+ in Sc2(WO4)3:Yb/Cr. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907097.
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