促进Cr³⁺掺杂钆镓石榴石近红外持续发光

江南大学化学与材料工程学院林恒伟教授光功能材料研究团队提出采用微波辅助固态（MASS）方法来制备Gd₃Mg_xGe_xGa_5-2xO₁₂:Cr³⁺，利用能带调控和陷阱能级优化的协同效应来促进Cr³⁺掺杂钆镓石榴石中的近红外长余辉。这些研究结果确认了基于MASS的带隙和缺陷能级工程在提高非/较差持续性发光材料性能方面的适用性。

关键词：钆镓石榴石，微波辅助固态合成，近红外发射，持续发光，陷阱分布操纵

持续性发光（PersL）材料作为一种新型智能发光材料，因其在激发光源停止后能呈现令人着迷延迟发光性能，在过去的数十年中备受众多研究者的青睐。时至今日，在可见光范围内所开发的众多PersL材料已经在诸如夜间显示、艺术加工及光学防伪等领域的应用中占据了一席之地，而随着人们对PersL材料的持续深入研究，近年来，近红外持续性发光（NIR PersL）材料由于其生物穿透性、不可见性和抗环境光干扰等特性成为广大研究者的新宠，一众新型NIR PersL材料也开始在夜视、生物成像和信息加密等领域崭露头角。然而，在各种晶体结构中，Cr³⁺掺杂镓钆石榴石却表现出较差的 PersL 性能，这使得NIR PersL材料的进一步应用受限，因此，对于高性能NIR PersL 材料的合理设计以及开发简便制备方法对于NIR PersL材料的进一步至关重要。

江南大学化工学院光功能材料实验室针对这一问题，采用微波辅助固态合成(MASS)方法制备了系列Gd₃Mg_xGe_xGa_5-2xO₁₂:Cr³⁺材料，通过化学成分共取代策略，进一步提高了近红外余辉的性能，将最佳工作温度调整到10℃的较低温度。基于温度和衰减时间依赖的持续性发光和热释光性质揭示了Gd₃Mg_0.5Ge_0.5Ga₄O₁₂:Cr³⁺荧光粉中的陷阱能级分布。进一步的研究表明通过能带调控和陷阱能级优化两方面的协同效应实现了缩小带隙和缺陷态能级向浅陷阱能级移动，从而促进了Cr³⁺掺杂镓钆石榴石中的近红外余辉性能。这些发现证实了基于MASS的带隙工程和缺陷能级工程在非/较差持续性发光材料中提高性能的适用性。这种新兴的MASS方法可能有助于广泛应用于各种新兴应用的持续性发光材料。相关结果发表在Small Methods上。该项工作的主要贡献者为博士研究生 王晓萌同学。

论文信息：

Facilitating Near-Infrared Persistent Luminescence in Cr3+ Doped Gadolinium Gallium Garnets

Xiaomeng Wang ^a, Jiaren Du ^a *, and Hengwei Lin ^a *

Small Methods

DOI：10.1002/smtd.202301001

原文地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202301001