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】
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。
: G$ @( c. O  B7 V图一、UCNPs的制备及TEM表征

: q3 }, U8 k6 f% n% [（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；
1 R; x5 a# Y' v' e3 @6 d$ Y（d）（b）中的HRTEM图；
（e）FFT轮廓；
" d: c8 F8 a) x5 v4 k  `% {' h& p（f）随着增长的UCNPs尺寸分布图；
（g）（c）中的HRTEM图；
: ]( [5 Q3 J; S8 h1 R, X7 Q* e- \（h）FFT轮廓；
6 A2 |2 w- W* D5 a（i）后增长的退火UCNPs尺寸分布图。
/ ~4 k4 }# K7 d5 `; J图二、UCNPs的SEM表征
" d" h) j/ Y1 O. e: d& `
（a）KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的HAADF－STEM图；
9 h7 ]5 }5 D. D5 D: I) @2 l（b）240 ℃热退火处理后KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的HAADF－STEM图；
  b* Y1 Z, A3 E& f0 U$ Y/ P" k& F（c）（a）中的沿橙色向扫描记录的强度剖面；
- ]- B( n; o4 X  [0 k$ O（d）（b）中的沿绿色向扫描记录的强度剖面；
& v7 B1 F% N0 G' W（e）（a）中的放大的晶体边缘结构图像；
+ w3 d# \( {$ y（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

: s. ^* K; Y% q2 Q（a） KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换光致发光光谱；
& l( a3 P( L, j4 \; _4 n* B（b） UCNPs中4S3／2  － 4I15／2在543 nm转换衰减曲线图；
  N' O) _2 x# Q5 J+ L1 H（c）UCNPs中4F9／2 － 4I15／2在668 nm转换衰减曲线图；
（d）UCNPs中2F5／2 － 2F7／2在980 nm转换衰减曲线图；
' R% `: m+ q! {: {5 s5 {( Z（e）980 nm连续波长（CW）激光激发下UCNPs的简化能量传输图。
图四、UCNPs的能量传递和发射光谱
* A  |: o2 A* B& g, F0 i4 \, }
% y$ I' n$ [- w: x5 c2 |# T1 v2 s（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；
（b） 热退火前， KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换发射光谱；
（c） 热退火后， KLu2F7： 38％Yb3＋， 2％Er3＋ UCNPs的上转换发射光谱。
+ M! N7 A+ G, g
       
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