中国科学院福建物质结构研究所实现碲掺杂Cs2SnCl6纳米晶七光子上转换和三光子自发辐射放大

中国科学院福建物质结构研究所（简称福建物构所）陈学元研究员团队在新型金属卤化物发光材料领域取得重要进展，首次实现了碲掺杂Cs₂SnCl₆纳米晶的七光子上转换和三光子自发辐射放大（ASE）。

金属卤化物发光材料因其优异的光学性能，在发光二极管、激光、生物成像等领域具有广阔的应用前景。然而，传统金属卤化物发光材料的多光子吸收性能较弱，限制了其在非线性光学领域的应用。福建物构所陈学元团队通过掺杂策略，在Cs₂SnCl₆纳米晶中引入Te⁴⁺离子，成功实现了高效的多光子吸收发光。

研究发现，Cs₂SnCl₆: Te⁴⁺纳米晶在飞秒激光激发下，可产生双光子、三光子乃至七光子上转换发射。其中，七光子上转换发射的激发阈值仅为0.1 mW cm^-2（图3E-F），比此前文献报道的ASE材料激发阈值降低了1−4个数量级。这些结果表明Cs₂SnCl₆: Te⁴⁺纳米晶有望作为新型高效的多光子吸收发光材料在微型上转换激光、多光子生物成像等前沿领域发挥重要作用。

图3Cs₂SnCl₆: Te⁴⁺纳米晶的多光子吸收自发辐射放大：A）通过显微镜聚焦光束示意图；不同功率密度的飞秒激光激发下B）双光子和E）三光子上转换发射光谱；C）双光子和F）三光子上转换发射积分强度及半峰宽与激发功率的依赖关系；D）激发阈值前后的双光子和三光子上转换发射光谱。

该工作报道了首例金属卤化物纳米晶的七光子上转换，为新型高效金属卤化物纳米晶的设计合成及在非线性光学领域的应用开发提供了新途径。相关结果于2025年5月6日在线发表于《美国化学会·纳米》杂志（ACS Nano2025,19,18866-18873）。论文的第一作者是中国科学院福建物构所/福州大学2021级联培博士生张伟，通讯作者是中国科学院福建物构所郑伟研究员、商晓颖助理研究员、陈学元研究员和福州大学材料学院李凌云教授。该工作得到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，陈学元团队在新型金属卤化物发光材料的光学性能设计、激发态动力学及应用研究方面取得了系列重要进展。例如，提出Bi³⁺/Te⁴⁺和Te⁴⁺/Ln³⁺共掺策略，开发Cs₂SnCl₆、Cs₂ZrCl₆双带可调谐白光与高效近红外发光材料（Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202116085;Angew. Chem. Int. Ed.2022,61,e202201993）；开发兼具高发光量子产率（99.5%）和抗热猝灭（I_150°C=84.1%）的有机-无机杂化锰溴化物(MTP)₂MnBr₄并用于白光LED器件和X射线闪烁体（Angew. Chem. Int. Ed.2023,62,e202309230;Adv. Mater.2024,36,2408777）。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05992

(陈学元课题组供稿)