近红外长余辉发光材料的设计合成与应用探索

Long persistent phosphors are one of the hot spots in the research fields about luminescent materials in the world today. Previous investigations have been focused on the design, synthesis of visible long persistent phosphors, their phosphorescence mechanisms and application exploration. Long persistent phosphors in the near-infrared wavelength region have received much attention in recent decade due to their promising application in in-vivo bioimaging. However, the existed long persistent phosphors only show phosphorescence near 800 nm, it is urgent to develop efficient long persistent phosphors in the wavelength region from 1000 to 1350 nm (second optical window of biological tissue). In this project, we propose an idea to realize effective near-infared long persistent phosphors through selection of doping ions, design of band structure, control of species of defect and microstructures as well as energy transfer. We will systematically investigate the effects of synthesis condition on valence state of doped ions, defect structures and trap depth, and characterize the microstructures and formation dynamics of defects by using electron spin resonance and positron annihilation techniques, and establish the theoretical models about defect formation and energy transfer between combination center and doped ions. We will also try to explore surface and chemical modification techniques to improve and optimize long peisistent phosphorescence properties and biochemical characteristics, and discuss the possible application of developed near-infrared long persistent phosphors in in-vivo bioimaging.

长余辉材料是当今国际发光材料科学研究领域的一个热点。以往的研究主要集中在可见波段发射的长余辉材料的设计合成，发光机理以及应用探索等研究方向。由于在生物荧光成像等领域的重要应用前景，近年来近红外长余辉材料受到关注，但发光波长局限在800nm附近，迫切需要开发高效的生物组织第二光透过窗口发射的近红外长余辉材料。本项目将围绕实现高效的1000-1350nm波段发射的近红外长余辉材料，提出通过掺杂离子选择，基质带隙结构设计，缺陷种类和结构调控以及能量传递控制实现高效的紫外-可见激发近红外发射的新型长余辉材料。系统研究合成条件对掺杂离子价态和缺陷结构以及陷阱深度等的影响规律，用电子顺磁共振和正电子淹没等技术进行缺陷微观结构和形成动力学过程的表征，建立缺陷形成以及电子-空穴复合中心与活性离子间能量传递的理论模型。开拓高效长余辉材料纳米合成，表面包覆和化学修饰技术，探讨在生物成像中的应用。

近红外长余辉材料是当今国际发光材料科学研究领域的一个热点。以往的研究主要集中在可见波段发射的长余辉材料的设计合成，发光机理以及应用探索等研究方向。由于在生物荧光成像等领域的重要应用前景，近年来近红外长余辉材料受到关注，但发光波长局限在800nm 附近，迫切需要开发高效的生物组织第二光透过窗口发射的近红外长余辉材料。本项目围绕实现高效的1000-1350nm 波段发射的近红外长余辉材料，提出了通过掺杂离子选择如Bi2+, Mn4+，Fe3+等，基质带隙结构设计，缺陷种类和结构调控以及离子间能量传递控制如Cr3+和Nd3+等离子对实现高效的紫外-可见激发近红外发射的新型长余辉材料。系统研究了合成条件对掺杂离子价态和缺陷结构以及陷阱深度等的影响规律，用电子顺磁共振和正电子淹没等技术进行缺陷微观结构和形成动力学过程的表征，建立了缺陷形成以及电子-空穴复合中心与活性离子间能量传递的理论模型。开拓了高效长余辉材料纳米合成，表面包覆和化学修饰技术，探讨了在生物成像中的应用。在Chem. Soc. Rev. , Prog. Mater. Sci.等发表SCI论文40余篇，申请专利30项，在国际会议做大会和邀请报告18次，多位学生在国内外学术会议获奖。