创新过渡金属提升近红外发光器件亮度达370倍!
发布时间: 2024-10-10 来源:澳大利亚觅宝探测器
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近红外(NIR)发光材料是光通信、激光源和生物成像等领域的重要研究对象,因其在这些应用中的广泛前景,成为了研究热点。然而,传统镧系掺杂纳米颗粒的敏化剂通常具有较低的摩尔消光系数,这限制了其在低功率激发场景下的亮度表现,成为应用推广的主要挑战。有鉴于此,复旦大学化学系张凡教授课题组提出了利用过渡金属铬(Cr3+)作为新的敏化剂的策略,开发出具有高亮度近红外发光的新型纳米颗粒Na3CrF6。研究之后发现,Cr3+的摩尔消光系数远高于传统镧系敏化剂,使其能明显提高光收集效率。通过将Na3CrF6作为敏化剂和主机,科学家们成功提升了镧系掺杂纳米颗粒的亮度,最高可达传统材料的370倍。此外,该策略也适用于其他低成本过渡金属(如Mn2+和Ni2+)掺杂的镧系纳米颗粒,扩展了这些材料的应用场景范围。该研究为开发高信噪比、低功率激发的近红外发光系统提供了新的思路,具有广泛的应用潜力。
亮点】1. 实验首次:引入了Na3CrF6作为既是敏化剂又是主机的晶体纳米颗粒,用于提高镧系元素(如Er3+、Tm3+、Yb3+、Nd3+)的近红外发射亮度。这种新型的Na3CrF6:X纳米颗粒(X为镧系激活剂)展示了其作为高亮度近红外发射材料的潜力。
Na3CrF6:该材料的摩尔消光系数明显高于传统镧系敏化剂(如Yb3+),使得Na3CrF6:X纳米颗粒的亮度比最强的传统镧系敏化纳米颗粒高出多达280倍。通过在Na3CrF6:X核上外延生长Na3CrF6壳,亮度进一步提升了370倍。•
Mn2+或Ni2+)的镧系纳米颗粒。与传统的镧系敏化纳米颗粒相比,Na3CrF6:X纳米颗粒可以在低功率激发源(如白光发光二极管或持续发光材料)下实现有效的NIR发光。相比之下,传统的纳米颗粒需要激光激发才可以做到相同的发光强度,这表明Na3CrF6:X纳米颗粒在低照度应用中表现出更高的亮度和信噪比。【
】本文揭示了过渡金属敏化剂在提高近红外(NIR)发光纳米颗粒亮度方面的巨大潜力。传统镧系元素敏化剂由于其低摩尔消光系数,往往需要高功率激光才能实现显著的NIR发光,这限制了其在低功率激发场景中的应用。本文通过引入具有高摩尔消光系数的Cr3+作为敏化剂,成功解决了这一问题,并明显提升了Na3CrF6基纳米颗粒的亮度,达到了传统镧系敏化纳米颗粒的370倍。这一创新不仅扩展了镧系纳米颗粒的应用场景范围,还使其在低功率激发下,如白光发光二极管(WLED)或持续发光材料下,可以在一定程度上完成高效发光。此外,这项研究还为开发高信噪比的生物成像和标记技术提供了新的方向,尤其是在低照度条件下的应用。这一发现提示我们,通过选择适当的敏化剂和优化纳米颗粒的结构,可以明显提升光学性能,从而推动近红外发光材料在实际应用中的广泛使用。原文详情:Ming, J., Chen, Y., Miao, H. et al. High-brightness transition metal-sensitized lanthanide near-infrared luminescent nanoparticles. Nat. Photon. (2024).
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