近年来，金属卤化物由于其优异的光物理性质，已广泛应用于发光二极管、光电探测器、防伪和闪烁体等领域，并进一步扩大到远程测温和热成像。随着在极端条件下测量温度的需求不断增加，传统的接触式热传感器，如液体填充和双金属温度计、热电偶或电阻温度计等，已不再适合某些极端条件。远程光学测温是一类基于高温度敏感性发光基团的测温技术，它通过监测温度引起的发光参数的变化，实现非接触式的远程测温。其中，基于荧光衰减寿命的远程光学测温技术不受样品形态、分散均匀性、粒度等因素的影响，具有出色的分辨率，高灵敏度和抗疲劳性。开发更灵敏、稳定的光学温度计对生物研究，疫苗存储等领域的发展是十分重要的。近期，中国科学院福建物构所陈忠宁研究团队报道了一种温度依赖性的0D Bi3+掺杂锌基卤化物荧光粉(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+，其发光寿命在80-100 K范围内对温度变化高度敏感，作者利用该材料的发光寿命-温度依赖性，成功将其用于远程光学测温（图1）。![]()
图1. 金属卤化物 (MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在80-110 K的PL衰减寿命变化。在紫外光的激发下，金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+呈现出蓝光发射，发射峰位于453 nm，光致发光量子产率（PLQY）为5.71%（图2）。实验表明，Bi3+的类激子态发光是蓝光发射的主要原因。![]()
图2. （a）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+单晶在自然光和紫外光下的照片。（b）Bi3+掺杂(MePPh3)2ZnCl单晶的PL和PLE光谱。作者进一步系统地研究了金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+发光寿命的温度依赖性。通过温度相关的PL衰减曲线可以看出金属卤化物 (MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+的发光寿命在80-100 K范围与温度呈现近似的线性相关，随着温度的升高发光寿命显著降低，发光寿命的平均变化率为19.09 μs K−1，其原因为温度诱导的非辐射重组过程的增强（图3a和3b）。在0.1 K的温度区间内多次重复测量了金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+的发光寿命，结果表明在83.9 K恒定温度下，其寿命的标准差仅为±1.85 μs证明了金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+优异的测温能力及稳定性（图3c）。重要的是，该杂化材料在84 K时表现出非常高的灵敏度（0.09 K−1），其性能远远超过了大多数的热成像荧光粉，表明金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在热成像和远程测温领域巨大的应用潜力（图3d）。另外，该材料还表现出优异的抗疲劳性和实验重复性，为其进一步应用提供了有力的保障（图3e和3f）。![]()
图3. （a）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在80-300 K范围内的PL衰减寿命。（b）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在80-110 K的PL衰减寿命变化。（c）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在0.1 K温度阶梯下的PL衰减寿命变化。（d）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在80-300 K范围内的灵敏度。（e）金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+在80 K和300 K下PL寿命的循环测量。（f）不同批次金属卤化物(MePPh3)2ZnCl4:0.30Bi3+的PL衰减寿命。论文第一作者为博士研究生石翠密，通讯作者为徐亮金研究员和陈忠宁研究员。详见：Cui-Mi Shi, Shu-Hua Xue, Jin-Yun Wang, Liang-Jin Xu, Zhong-Ning Chen. High-Resolution Remote Thermometry based on Bi3+-Doped 0D Zinc Halide Hybrids. Sci China Chem, 2024, 67(8): 2599–2605.扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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