表面缺陷对上转换纳米粒子光学特性的影响

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由于具有核壳结构的上转换纳米粒子（UCNPs）可以显著增强光致发光效率，所以其在光学成像引导生物成像、治疗学、防伪和太阳能电池方面有很好的应用前景。一般都是外壳涂层消除了淬灭点，并从周围的去活化剂（配体、溶剂）中分离出核，从而有效抑制表面相关的去活化。研究证明，掺杂离子的表面捕获可以抑制激发能量的淬灭，可以通过核壳结构来抑制。
【成果简介】
) W, x/ @2 U$ g7 m8 I7 ]! Z近日，中国昆明理工大学的邱建备教授和香港理工大学的 Yu Siu Fung教授（共同通讯作者）采用了湿化学退火工艺，从表面缺陷（即无序、空位和间隙缺陷）中恢复镧系掺杂的KLu2F7裸露核心的UCNPs。制备出的UCNPs只有几个原子层的均匀厚度，利用像差校正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF － STEM）在原子尺度上识别表面缺陷。通过热退火方法恢复UCNPs表面缺陷，提高了一个数量级以上的相应的上转换光致发光强度， 使其有很好的潜在应用前景。研究成果以题为 “Direct  Identification  of  Surface  Defects  and their  Influence  on  the  Optical Characteristics of  Upconversion  Nanoparticles” 发布在国际著名期刊 ACS Nano 上。
图一、UCNPs的制备及TEM表征

+ ]' g( e; {1 F（a）KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的湿化学退火工艺原理图；
（b）合成UCNPs的TEM图；
（c）240℃热退火合成UCNPs；
（d）（b）中的HRTEM图；
6 q! ~/ M' Q- t2 U8 d/ q（e）FFT轮廓；
（f）随着增长的UCNPs尺寸分布图；
（g）（c）中的HRTEM图；
（h）FFT轮廓；
（i）后增长的退火UCNPs尺寸分布图。
& x2 q$ H- B1 V7 H8 a* G) M* N0 L图二、UCNPs的SEM表征
* }, j1 f! R- s: [7 t
（a）KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的HAADF－STEM图；
- G! d' Z# c: i! y（b）240 ℃热退火处理后KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的HAADF－STEM图；
（c）（a）中的沿橙色向扫描记录的强度剖面；
# k& w- ~' I& J7 d（d）（b）中的沿绿色向扫描记录的强度剖面；
$ w5 q# G, Y6 K  i# J（e）（a）中的放大的晶体边缘结构图像；
2 d0 @0 G: A/ e5 m2 i（f）（b）中的放大的晶体边缘结构图像。
图三、UCNPs的转换衰减和能量传输机理
- D, j! P# Q! I+ q# @
6 G# J7 J3 d: s7 d, _5 I（a） KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换光致发光光谱；
7 C2 ^' ~5 ]- E' ^- w（b） UCNPs中4S3／2  － 4I15／2在543 nm转换衰减曲线图；
（c）UCNPs中4F9／2 － 4I15／2在668 nm转换衰减曲线图；
) q9 B2 D$ h7 b6 W. u5 A（d）UCNPs中2F5／2 － 2F7／2在980 nm转换衰减曲线图；
（e）980 nm连续波长（CW）激光激发下UCNPs的简化能量传输图。
6 H( S) Y2 ^1 w' o+ ~7 ^& N图四、UCNPs的能量传递和发射光谱
  {' B; m# M0 S' s. S' I" `" C3 i1 t
（a） KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs在980 nm短脉冲和长脉冲激发下的能量传递过程；
2 Y* D, [2 {5 v$ e. K（b） 热退火前， KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换发射光谱；
9 C7 ?& y- t. c& N（c） 热退火后， KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换发射光谱。

       
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