中国科学院福建物质结构研究所实现Er³⁺反常强紫外上转换发光

中国科学院福建物质结构研究所（简称福建物构所）郑伟、黄萍和陈学元研究员团队提出了一种通过限域能量传递和晶格调制实现Er³⁺反常强紫外上转换发光的新策略。该团队利用Rb₃InCl₆: Yb³⁺/Er³⁺作为上转换发光材料，在980 nm近红外激光激发下，通过Er³⁺的4f-4f跃迁产生紫外光（~360 nm），并利用该紫外光诱导CsPbX₃钙钛矿纳米晶的卤键断裂释放卤素离子，并与CsPbX₃纳米晶发生离子交换反应。利用980 nm近红外激光的远程操控，不仅可以避免长时间紫外光照对钙钛矿纳米晶造成光损伤，还可以通过调节激光的开启/关闭、辐照时间和激光功率实现对交换过程的远程控制，获得在不同波段（408−696 nm）高效发光（PLQY：52.3−98.1%）的混合卤素CsPbX₃纳米晶（图3）。

图3 Rb₃InCl₆: Yb³⁺/Er³⁺用于CsPbX₃钙钛矿纳米晶的近红外光控离子交换：（a）离子交换示意图；（b）离子交换后CsPbX₃纳米晶的发射光谱、发光照片及（c）荧光衰减曲线；（d,e）离子交换混合溶液在980 nm激光辐照不同时间后对应的发射峰位置；（f,g）离子交换混合溶液在980 nm激光和365 nm紫外灯辐照后的发光量子产率对比。

该工作提供了一种通过限域能量传递和晶格调制实现Er³⁺反常强紫外上转换发光的新策略，也为稀土上转换新材料的设计合成及其在近红外光控化学反应等领域的应用开发提供了新途径。相关结果于2025年7月22日在线发表于《自然·通讯》杂志（Nat. Commun.2025,16,6762. DOI:10.1038/s41467-025-58901-4）。论文的第一作者是中国科学院福建物构所博士生张文，通讯作者为中国科学院福建物构所郑伟、黄萍和陈学元研究员。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和福建省杰出青年基金等项目支持。

此前，陈学元团队在稀土及新型金属卤化物发光材料的设计合成和激发态动力学研究方面取得了系列重要进展。例如，提出一种光控合成新方法实现稀土上转换纳米晶/钙钛矿量子点复合结构的原位限域合成（Nano Today2021,39,101179）；通过消除纳米晶内部OH⁻缺陷并利用Tm³⁺的异价掺杂实现KMgF₃: Tm³⁺纳米晶的27阶光子雪崩上转换发光（Nano Lett.2023,23,8576-8584）；首次观测到Nd³⁺纳秒级的室温上转换超荧光（Nat. Commun.2024,15,9880），入选2024年度“中国稀土十大科技新闻”。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58901-4

(陈学元课题组 供稿)