基于能带工程和杂质离子嵌入手段对近红外长余辉发光材料的设计、调控及相关机理研究

Nanoscale near infrared long lasting phosphors have shown great potential in bio-imaging and disease diagnose, however, they suffer a lot from difficult preparation, low luminescence and afterglow intensity, high cost and unclear afterglow mechanism. This project focuses on the design, synthesis, luminescence and trap regulation mechanism of Cr3+ and Mn4+ doped spinel near infrared persistent phosphor via energy level modulation to realize the change of electron structure and microstructure on the defect structure environment and excited state transition process. This project contributes to understand the variation of electron structure and crystal environment on the intrinsic properties of defects and excited state transition process, deepens the understanding of capture, deliver and release process of charge carrier, provides guidance and theoretical evidence on the design of novel near infrared long lasting phosphors, and contributes to the application in bio-science. Thus, this project has important scientific significance and application value.

纳米近红外长余辉材料在生物组织成像、疾病诊断等方面具有广泛的应用前景，然而目前存在种类匮乏、余晖强度较弱、成本高以及余晖机理模糊等关键问题。本项目重点开展能带工程及杂质离子嵌入方式调制下Cr3+、Mn4+离子激活的尖晶石基纳米近红外长余辉材料的电子结构、晶格结构变化情况，缺陷态、余晖性能调控情况及相关调制机理研究。研究结果有助于明确纳米尖晶石结构近红外长余辉材料中电子结构、晶格环境的有序变化对缺陷态本征属性及载流子俘获、释放及运输能力的影响机制，为丰富纳米近红外长余辉发光材料的种类并提高余晖性能提供新的思路以及科学依据，以期待和推动其在生命科学领域的应用。因此，本项目具有重要的科学意义和应用价值。

本项目主要通过组分、能带工程调控成功设计并制备了几种新型深红-近红外发光材料，并对其进行了过渡金属离子、稀土离子掺杂，研究了材料的组分、结构、缺陷等对其发光性能、余晖特性以及热稳定性能的影响及调制机理，为后续设计制备新型深红-近红外发光材料的并调控其发光性能提供了理论及实验依据。此外，我们在研究过程中，也拓展了其他一些新型氧化物发光材料组分结构、发光性能、余晖性能以及调控机理研究，取得了一些原创性研究成果。在本项目的资助下，项目负责人共发表SCI学术论文16篇（其中一作/通讯作者10篇），参加国内外学术会议3次，培养硕士研究生2名，完成了项目预期目标。