近红外发光新突破：晶格调制提升铥窄带发光效率助力反射吸收生物成像

为解决近红外（NIR）发光材料外量子效率（EQE）低和宽带特性的问题，研究人员设计了用于近红外发光二极管（LED）的 Tm、Na 掺杂硫化锶（SrS:Tm3+,Na+）荧光粉。其窄发射带为 27nm，EQE 显著提升，在生物成像等领域极具潜力。

　　近红外（NIR）光在生物医学领域备受关注，不同 NIR 波长可用于诊断和治疗，对应特定发色团在 NIR 光源下的吸收。尤其是在大脑神经活动的无创高分辨率成像中，氧合 / 脱氧血红蛋白作为关键光感受器可在 NIR 照射下显现。传统由 Cr³⁺和 Ni²⁺激活的荧光粉产生的 NIR 光，外量子效率（EQE）低且具有宽带特性，这会因组织复杂微观结构导致信噪比低。镧系元素（Ln³⁺）具有尖锐发射峰的独特优势，被视为高分辨率成像中具有高分辨能力的潜在红外发光材料。因此，研究人员开发了一系列锶的精细调谐空位缺陷和立方岩盐结构中的局部无序，以实现固态下的高量子效率。结果表明，NIR 发射与晶体结构直接相关。这项工作克服了窄带 NIR 发射效率低的关键挑战，展示了未来无创精确生物成像的可行性。

近红外（NIR）窄带发射的发光材料对于基于含氧蛋白吸收差异的大脑和肌肉活动成像至关重要。然而，大多数已知的 NIR 发光材料受限于低外量子效率（EQE）和宽带特性。这项工作精心设计了用于近红外发光二极管（LED）的 Tm、Na 掺杂硫化锶（SrS:Tm³⁺,Na⁺）荧光粉，其发射带窄至 27nm。Na⁺成功掺入 SrS:Tm³⁺有助于抑制晶格声子，使 EQE 从 33.6% 显著提高到 53.7%，热稳定性也有所增强。固态核磁共振、电子顺磁共振（EPR）、瞬态光谱和 X 射线全散射分析揭示，晶体学 Sr 缺陷和对称晶体的畸变促进了主体的有效吸收和能量转移。随后，基于血红蛋白的差异吸收对血管模式的有效识别，使稀土发光材料在近红外荧光粉转换发光二极管（pc-LEDs）和生物成像中具有潜在应用。