浏览全部资源
扫码关注微信
反向能量传递增强Er3+上转换发光
增强出版Back Energy Transfer Enhances Er3+ Upconversion Luminescence
- 发光学报 2023年44卷第9期 页码：1552-1559
- 作者机构：
1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2.中国科学院大学， 北京 100049
- 作者简介：
[ "杨润（1997-），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，2020年于吉林大学获得学士学位，主要从事稀土纳米材料发光性质及其生物功能化的研究。2464189279@qq.com" ]
[ "李齐清(1990-)，男，福建福州人，博士，2018年于中国科学院大学获得博士学位，主要从事稀土掺杂上转换纳米发光材料的研究。 E-mail: liqiqing0742@sina.cn" ]
[ "常钰磊（1984-），男，吉林通化人，博士，副研究员，博士生导师，2013年于吉林大学获得博士学位，主要从事光子纳米材料及应用的研究。yuleichang@ciomp.ac.cn" ]
- 基金信息：国家自然基金(62075217;11874354;11874355;61575194);国家重点研发计划(2021YFA0715603);吉林省科技厅项目(20210101148JC;202512JC010475440;20230508104RC);发光学及应用国家重点实验室(SKLA⁃2019⁃02;SKLA⁃2020⁃09)
DOI：10.37188/CJL.20230100
中图分类号： O482.31收稿日期：2023-04-19，
修回日期：2023-05-04，
纸质出版日期：2023-09-05
- 稿件说明：
移动端阅览
杨润,陈浩然,涂浪平等.反向能量传递增强Er3+上转换发光[J].发光学报,2023,44(09):1552-1559.
YANG Run,CHEN Haoran,TU Langping,et al.Back Energy Transfer Enhances Er3+ Upconversion Luminescence[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(09):1552-1559.
杨润,陈浩然,涂浪平等.反向能量传递增强Er3+上转换发光[J].发光学报,2023,44(09):1552-1559. DOI： 10.37188/CJL.20230100.
YANG Run,CHEN Haoran,TU Langping,et al.Back Energy Transfer Enhances Er3+ Upconversion Luminescence[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(09):1552-1559. DOI： 10.37188/CJL.20230100.
摘要
提高上转换发光效率是促进上转换发光材料实际应用的关键。在NaErF
4
@NaYF
4
体系中，惰性NaYF
4
壳层可以抑制高组分Er
3+
掺杂下的发光浓度猝灭，其上转换发光主要来源于Er
3+
⁃Er
3+
的能量传递上转换。本文利用共沉淀法制备了Er
3+
和Yb
3+
分区掺杂的NaErF
4
@NaYbF
4
@NaYF
4
核壳结构的纳米颗粒，通过包覆惰性壳层研究Er
3+
⁃Yb
3+
⁃Er
3+
之间的能量传递和反向能量传递过程。由于808 nm波长只能激发Er
3+
而不能激发Yb
3+
，因此在808 nm波长激发下，Er
3+
在惰性壳层的保护作用下将激发态能量传递给Yb
3+
，随后通过反向能量传递回Er
3+
，使得Er
3+
的上转换发光增强。实验结果发现，当中间层Yb
3+
掺杂浓度为100%时，绿色和红色上转换发光最大增强倍数为24.9和9.79。
Abstract
Improving the upconversion luminescence efficiency is the key to promoting the practical application of upconversion luminescent materials. In the NaErF
4
@NaYF
4
system， the inert NaYF
4
shell can inhibit the concentration quenching under high Er
3+
doping， and the upconversion luminescence is mainly from the energy transfer upconversion of Er
3+
-Er
3+
. In this paper， Er
3+
and Yb
3+
partition doped NaErF
4
@NaYbF
4
@NaYF
4
core-shell nanoparticles were prepared by the coprecipitation method， and the energy transfer and back energy transfer processes between Er
3+
-Yb
3+
-Er
3+
was studied. Since the 808 nm can only excite Er
3+
but not Yb
3+
， under 808 nm excitation， Er
3+
harvests the pumping energy and transfers it to Yb
3+
and subsequently back to Er
3+
due to the protection offered by NaYF
4
inert outer shell， which finally enhances the upconversion luminescence of Er
3+
. When the doping concentration of Yb
3+
in the intermediate layer is 100%， the maximum enhancement multiple is 24.9 and 9.79 for green and red upconversion， respectively.
关键词
Keywords
references
DING M Y ， CUI S S ， FANG L ， et al . NIR-I-responsive single-band upconversion emission through energy migration in core-shell-shell nanostructures ［J］. Angew. Chem. Int. Ed. ， 2022 ， 61 （ 29 ）： e202203631 . doi: 10.1002/anie.202203631 http://dx.doi.org/10.1002/anie.202203631
RESZCZYŃSKA J ， GRZYB T ， SOBCZAK J W ， et al . Visible light activity of rare earth metal doped （Er 3+ ， Yb 3+ or Er 3+ /Yb 3+ ） titania photocatalysts ［J］. Appl. Catal. B Environ. ， 2015 ， 163 ： 40 - 49 . doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.010 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.07.010
PARNICKA P ， MAZIERSKI P ， GRZYB T ， et al . Influence of the preparation method on the photocatalytic activity of Nd-modified TiO 2 ［J］. Beilstein J. Nanotechnol. ， 2018 ， 9 ： 447 - 459 . doi: 10.3762/bjnano.9.43 http://dx.doi.org/10.3762/bjnano.9.43
CHEN Y ， CHEN Q ， SONG L ， et al . Preparation and characterization of encapsulation of europium complex into meso-structured silica monoliths using PEG as the template ［J］. Microporous Mesoporous Mater. ， 2009 ， 122 （ 1-3 ）： 7 - 12 . doi: 10.1016/j.micromeso.2008.12.021 http://dx.doi.org/10.1016/j.micromeso.2008.12.021
CAVALLO C ， SALLEO A ， GOZZI D ， et al . Solid solutions of rare earth cations in mesoporous anatase beads and their performances in dye-sensitized solar cells ［J］. Scientific Reports ， 2015 ， 5 ： 16785-1 - 15 . doi: 10.1038/srep16785 http://dx.doi.org/10.1038/srep16785
ADHIKARI R ， GYAWALI G ， CHO S H ， et al . Er 3+ /Yb 3+ co-doped bismuth molybdate nanosheets upconversion photocatalyst with enhanced photocatalytic activity ［J］. J. Solid State Chem. ， 2014 ， 209 ： 74 - 81 . doi: 10.1016/j.jssc.2013.10.028 http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2013.10.028
RESZCZYNSKA J ， IWULSKA A ， SLIWINSKI G ， et al . Characterization and photocatalytic activity of rare earth metal-doped titanium dioxide ［J］. Physicochem. Probl. Miner. Process. ， 2012 ， 48 （ 1 ）： 201 - 208 .
GRAUEL B ， WÜRTH C ， HOMANN C ， et al . Volume and surface effects on two-photonic and three-photonic processes in dry co-doped upconversion nanocrystals ［J］. Nano Res. ， 2022 ， 15 （ 3 ）： 2362 - 2373 . doi: 10.1007/s12274-021-3727-y http://dx.doi.org/10.1007/s12274-021-3727-y
KAISER M ， WÜRTH C ， KRAFT M ， et al . Explaining the influence of dopant concentration and excitation power density on the luminescence and brightness of β-NaYF 4 ∶Yb 3+ ，Er 3+ nanoparticles： measurements and simulations ［J］. Nano Res. ， 2019 ， 12 （ 8 ）： 1871 - 1879 . doi: 10.1007/s12274-019-2450-4 http://dx.doi.org/10.1007/s12274-019-2450-4
ZHANG F ， WAN Y ， SHI Y F ， et al . Ordered mesostructured rare-earth fluoride nanowire arrays with upconversion fluorescence ［J］. Chem. Mater. ， 2008 ， 20 （ 11 ）： 3778 - 3784 . doi: 10.1021/cm800489e http://dx.doi.org/10.1021/cm800489e
FRENZEL F ， WÜRTH C ， DUKHNO O ， et al . Multiband emission from single β-NaYF 4 （Yb， Er） nanoparticles at high excitation power densities and comparison to ensemble studies ［J］. Nano Res. ， 2021 ， 14 （ 11 ）： 4107 - 4115 . doi: 10.1007/s12274-021-3350-y http://dx.doi.org/10.1007/s12274-021-3350-y
CHEN J ， GAO Y X ， WANG C ， et al . Effective regulation of upconversion luminescence in NaErF 4 and NaErF 4 @SiO 2 core-shell particles ［J］. Ceram. Int. ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 14315 - 14322 . doi: 10.1016/j.ceramint.2022.01.321 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.01.321
GAO W ， XING Y ， CHEN B H ， et al . Enhancing red upconversion emission in NaErF 4 @NaYF 4 core-shell nanoparticles by introducing Yb 3+ ions as energy trapping centers ［J］. J. Alloys Compd. ， 2023 ， 936 ： 168371 . doi: 10.1016/j.jallcom.2022.168371 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168371
LIU Y F ， PAN G C ， GAO H P ， et al . Single band red emission of Er 3+ ions heavily doped upconversion nanoparticles realized by active-core/active-shell structure ［J］. Ceram. Int. ， 2021 ， 47 （ 13 ）： 18824 - 18830 . doi: 10.1016/j.ceramint.2021.03.220 http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.03.220
LI Q Q ， XIE X Y ， WU H ， et al . Superenhancement photon upconversion nanoparticles for photoactivated nanocryometer ［J］. Nano Lett. ， 2023 ， 23 （ 8 ）： 3444 - 3450 . doi: 10.1021/acs.nanolett.3c00495 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00495
禹庭 ， 郑成中 ， 赵闪闪 ， 等 . Monte Carlo模拟在稀土掺杂发光材料能量传递机理研究中的应用进展 ［J］. 发光学报 ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 1390 - 1404 . doi: 10.37188/cjl.20220188 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220188
YU T ， ZHENG C Z ， ZHAO S S ， et al . Progress on application of monte carlo simulation in studying energy transfer mechanisms for rare-earth luminescent materials ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 1390 - 1404 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220188 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220188
ANGELI G K ， BATZAVALI D ， MAVRONASOU K ， et al . Remarkable structural diversity between Zr/Hf and rare-earth MOFs via ligand functionalization and the discovery of unique （4， 8）-c and （4， 12）-connected frameworks ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2020 ， 142 （ 37 ）： 15986 - 15994 . doi: 10.1021/jacs.0c07081 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c07081
ARTIUSHENKO O ， ÁVILA E P ， NAZARKOVSKY M ， et al . Reusable hydroxamate immobilized silica adsorbent for dispersive solid phase extraction and separation of rare earth metal ions ［J］. Sep. Purif. Technol. ， 2020 ， 231 ： 115934-1 - 10 . doi: 10.1016/j.seppur.2019.115934 http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115934
YAO X T ， ZHEN H R ， ZHANG D F ， et al . Microwave-assisted hydrothermal synthesis of broadband Yb 3+ /Er 3+ co-doped BiOI/Bi 2 O 4 photocatalysts with synergistic effects of upconversion and direct Z-scheme heterojunction ［J］. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Aspects ， 2022 ， 648 ： 129276 . doi: 10.1016/j.colsurfa.2022.129276 http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129276
LIAO C ， ZHAO X R ， JIANG X Y ， et al . Hydrothermal fabrication of novel three-dimensional graphene oxide-pentaerythritol composites with abundant oxygen-containing groups as efficient adsorbents ［J］. Microchem. J. ， 2020 ， 152 ： 104288-1 - 7 . doi: 10.1016/j.microc.2019.104288 http://dx.doi.org/10.1016/j.microc.2019.104288
SALTON I ， IOFFE K ， BURSHTEIN T Y ， et al . Lanthanoid coordination compounds as diverse self-templating agents towards hierarchically porous Fe-N-C electrocatalysts ［J］. Mater. Adv. ， 2022 ， 3 （ 21 ）： 7937 - 7945 . doi: 10.1039/d2ma00596d http://dx.doi.org/10.1039/d2ma00596d
相国涛 ， 刘小桐 ， 夏清 ， 等 . β-NaYF 4 ∶Yb 3+ /Er 3+ @β-NaYF 4 ∶Yb 3+ 的上转换发光特性 ［J］. 发光学报 ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 679 - 683 . doi: 10.3788/fgxb20204106.0679 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20204106.0679
XIANG G T ， LIU X T ， XIA Q ， et al . Upconversion luminescence properties of β-NaYF 4 ∶Yb 3+ /Er 3+ @β-NaYF 4 ∶Yb 3+ ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 679 - 683 . （in Chinese） . doi: 10.3788/fgxb20204106.0679 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20204106.0679
ZHANG Y ， XU S ， LI X ， et al . Concentration quenching of blue upconversion luminescence in Tm 3+ /Yb 3+ co-doped Gd 2 ⁃（WO 4 ） 3 phosphors under 980 and 808 nm excitation ［J］. J. Alloys Compd. ， 2017 ， 709 ： 147 - 157 . doi: 10.1016/j.jallcom.2017.03.125 http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.125
0
浏览量
463
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 地址：长春市经济技术开发区东南湖大路3888号 邮编：130033
- 联系电话：0431-86176862 Email：fgxbt@126.com
- 本系统由Light学术出版中心、北京北大方正电子有限公司共建 吉ICP备11002662号-17
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
