首页 > 分享 > 材料与环境工程学院研究生以第一作者在《Laser ＆ Photonics Review》上发表精确调控Fe3+活化尖晶石近红外荧光材料的最新进展

材料与环境工程学院研究生以第一作者在《Laser ＆ Photonics Review》上发表精确调控Fe3+活化尖晶石近红外荧光材料的最新进展

花匠小妙招
2025-05-10 03:57

近日，材环学院钟家松教授团队在国际TOP学术期刊Laser ＆ Photonics Review（一区TOP, IF=9.8）上发表题为“Fine-Tuning of Near-Infrared Emission in Fe-Activated Spinel Phosphors via the Synergistic Effect of Sites Inversion and Atomic Disorder”的论文，通过阴阳离子化学单元共取代策略精确调控Fe3+活化尖晶石近红外荧光材料，并揭示了位点反置和原子无序协同作用的内在机理。

材环学院2022级硕士研究生叶裕龙与学院青年教师杨合一博士为共同第一作者，钟家松教授为论文通讯作者，第一通讯单位为杭州电子科技大学。

近红外荧光材料由于其在生物成像、植物生长照明和光通信等领域的应用而受到广泛关注。然而，目前报道的近红外荧光材料往往存在发射波长不可调、效率低下或热稳定性差等问题，限制了它们的应用。因此，开发具有连续可调谐发射、高效率和良好热稳定性的近红外荧光材料具有重要意义。

基于此，钟家松教授团队提出了一种基于中间尖晶石结构中阳离子和阴离子的替代策略，成功地实现了Mg1+yGa2-yO4-yFy:Fe3+荧光粉近红外发射的精调。这种改变使Fe3+突破Laporte选律，使其发射波长可在707-740 nm范围内进行精调，并将半高宽增加了30 nm，量子产率高达71.6%，在150°C的高温下仍能保持原始强度的81%以上的优异热稳定性。这项工作为设计具有连续可调谐发射的高性能近红外荧光粉提供了新的思路。

图1 MgGa2O4:Fe3+，Mg1.1Ga1.9O3.9F0.1:Fe3+和Mg1.15Ga1.85O3.85F0.15:Fe3+的表征数据：a-c)拟合PL峰，d-f) XPS分析中Ga 3d的拟合峰，g-i) 时间分辨荧光光谱TRPL

通过[Ga3+-O2-] = [Mg2+-F-]化学单元共取代策略，成功构建了具有随机O/F配位的新发光中心，促进了阳离子位点的进一步反转，从而改变了晶体配位环境。

图2 (a) Mg1+yGa2-yO4-yFy:Fe3+ (y = 0, 0.05, 0.10, 0.15)的拉曼光谱，(b) 离子半径标准差(σ)，(c) Mg1+yGa2-yO4-yFy:Fe3+ (y = 0-0.15)的FWHM，(d) PLE光谱，(e) 电子构型的T-S能级图，(f) Mg1.15Ga1.85O3.85F0.15:Fe3+的PLQY，(g) 变温光谱(303-493 K)积分发射强度，(h) 能级构型图，(i) 拟合计算正常热猝灭模式下的活化能(∆E)

通过Raman测试以及半径标准差(σ)的变化规律揭示了共取代策略在晶体结构上造成原子无序度增加的效应。根据PLE光谱，同时结合Tanabe-Sugano图解，揭示了发射峰位变化和半峰全宽拓宽的机理。