核壳结构上转换纳米荧光体中敏化剂空间调控实现界面能量转移与发射可调性

这篇研究通过构建NaYF4基核壳壳（CSS）上转换纳米材料，系统探究了敏化剂（Yb3+）空间分布对Er3+激活剂发光性能的调控机制。研究发现NaYF4:2%Er3+,20%Yb3+@NaYF4具有最优上转换（UC）发射强度，而三壳层结构在300-470K温区内展现出最高发光强度比（LIR）温度敏感性，为光学测温与生物成像应用提供了新材料设计思路。

　　

亮点

本研究通过精确设计NaYF₄基核壳壳（Core@Shell@Shell, CSS）纳米结构，实现了对敏化剂（Yb³⁺）空间分布的可控调节，揭示了界面能量转移与上转换（UC）发射特性的构效关系。

实验方法

1. 1.

   材料

   使用高纯度稀土醋酸盐（如Er(CH₃COO)₃、Yb(CH₃COO)₃）和钠盐（CF₃COONa）为原料，通过热分解法合成系列CSS纳米颗粒。

2. 2.

   合成

   样本代号C（核心）、CS（核壳）、CSS（核壳壳）等结构通过逐层包覆制备，壳层厚度通过反应时间精确控制。

结果与讨论

1. 1.

   晶体结构与形貌

   X射线衍射（XRD）证实所有样品均为六方相NaYF₄，粒径范围45-168 nm。高分辨透射电镜（HRTEM）显示清晰的核壳界面，证明壳层均匀生长。

2. 2.

   上转换发光特性

   980 nm激发下，CS结构（NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺@NaYF₄）因表面猝灭抑制表现出最强绿/红光发射；而CSS结构（含Yb³⁺壳层）在温度传感中展现优势，其²H_11/2/⁴S_3/2能级发光强度比（LIR）的测温灵敏度达最高值。

结论

惰性外壳可有效消除表面缺陷，但Yb³⁺壳层掺杂虽未增强发光强度，却显著提升了温度响应性能。该工作为多功能光学探针设计提供了新策略。

作者贡献声明

K.V. Cinumon：实验设计、数据分析和论文撰写；Kaushal Kumar：课题指导与论文修订；Ritu Rani：协助实验表征。

利益冲突声明

作者声明无任何可能影响本研究结果的利益冲突。

致谢

感谢印度理工学院（丹巴德分校）提供的科研资助，以及DST-SERB项目（CRG/2023/006161）的支持。