上转换材料是一类特殊的非线性光学材料，它可以通过吸收两个或多个光子而将长波长转换为短波长。稀土离子(Re3+)掺杂上转换发光材料具有光稳定性好、发射谱线尖锐和生物毒性低等显著优势，从而逐渐取代传统的有机荧光染料和半导体量子点。然而，这类材料自身固有的低上转换发光效率阻碍了它们的进一步应用。传统的合成方法有热分解法、共沉淀法以及溶剂热法(水热法)，值得注意的是，与前两种经典的合成方法相比，溶剂热法虽然制备条件温和，但是所得到产物的上转换发光强度却弱很多，尽管该法制备得到的颗粒尺寸比上述两种要大一些，因而设计大幅度提高溶剂热法制备得到的上转换纳米晶的发光强度很有必要。在胶体纳米晶的基质中掺杂适当的Re3+或非Re3+离子是一种很重要的调控上转换发光纳米晶的尺寸、形状、调节电子和磁性特性以及上转换发光强度的策略。例如，新加坡国立大学刘小刚教授团队在顶级期刊Nature上以Letter形式报道了利用Gd3+离子掺杂同时改变NaYF4上转换发光纳米粒子的尺寸、晶相和上转换发光强度。此外，还有一些研究表明，将非Re3+离子(如Ca2+, Cu2+, Cd2+, Fe3+, Cr3+, Ti4+等)掺杂到晶格中也可显著增强上转换发光的强度。
在此，我们在前期通过掺杂Sn2+离子来提高上转换发光强度的基础上(CeramicsInternational, DOI.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.225)，进一步设计采用Sn4+离子来增强上转换发光。然而，有关Sn4+离子掺杂的报道还不多见，其主要原因有以下两个方面：(1) 离子半径和电荷数的差异使掺杂的Sn4+离子难以进入基质主晶格；(2) Sn4+极易水解，可能在最终产物中引入杂质。
本文拟采用溶剂热法制备得到Sn4+离子共掺杂的六方相Yb3+/Er3+:NaGdF4纳米晶。并使用X射线衍射仪、透射式电子显微镜、电感耦合等离子体和荧光光谱仪等手段对产物进行分析，发现当Sn4+掺杂浓度为40%时上转换发光最强，与不掺杂Sn4+离子的样品相比，其在539 nm和654 nm处的上转换发光强度分别提高了21倍和31倍，并且比共沉淀法制备得到的纳米晶上转换发光强度提高2.5倍。其增强原因归结于: Sn4+掺杂促进了NaGdF4纳米晶的生长，大大降低了稀土激活离子对表面淬灭中心的曝露;Sn4+掺杂降低了NaGdF4纳米晶中稀土离子的晶格对称性，这对增强上转换发光有利; Sn4+掺杂取代基质晶格中Gd3+后进一步丰富了NaGdF4纳米晶中稀土离子的激活位点，同样有利于增强上转换发光。此外，本文对上转换纳米晶的合成机理以及发光寿命，发光机理等进行了深入探讨，这项研究对制备高性能上转换发光材料及实现其实际应用具有一定的参考价值。
这一成果近期发表在Journal of alloys and compounds上，该研究工作主要由曾令玮博士(第一作者，通讯作者)和2019级研究生李中玉(第二作者)完成，该工作得到了中央高校基本科研专项资金、以及1929cc威尼斯大学生研究性学习和创新性实验项目资助。
Lingwei Zeng *, Zhongyu Li, Daqin Chen, Hu Zhou，Jianxian Zeng, Guoqing Liu, Jianfeng Tang *, Tin-(IV) dopant-controlled synthesis of Yb3+/Er3+:NaGdF4 nanocrystals: morphology transformation and intensified upconversion performance.
Journal of alloys and compounds, 811 (2019) 152048
部分示意图(附下)
