多波长协作激发稀土上转换发光的研究

Rare earth doped upconversion luminescence materials have found potential applications in many different fields, including biomedical, photocatalysis, and solar cell. The low luminescence efficiency of upconversion materials is the bottleneck for their practical application. Considering the rich energy level structure and different energy spacing, this proposal provides a strategy, which uses the multi-wavelength cooperative excitation method, to study the upconversion luminescence of rare earth. By absorbing photons with appropriate energy during upconversion population process, to explore effective ways for improving luminescence efficiency. By creating theoretical model, to study the impact of cooperative excitation on the upconversion population and luminescence efficiency. By comparing the upconversion luminescence characteristic under different (single wavelength and multi-wavelength) excitation, to discuss the key technologies for improving luminescence efficiency, explore the possible ways for enhancing the upconversion luminescencne, and design appropriate upconversion materials for wide band excitation. Specific research aims are following: 1. elucidate the physical mechanism of multi-wavelength cooperative excitation; 2. prove the effect of multi-wavelength excitation in optimizing the upconversion population; 3. grasp the key technologies for the design and preparation of upconversion materials; 4. provide theoretical and experimental basis for the application of upconversion materials under sunlight excitation.

上转换发光在生物医学、光催化及光伏等领域有着重要的应用前景。如何提高上转换发光效率使其满足实际应用的要求是该项研究面临的瓶颈问题。针对稀土离子能级丰富且间距不同的特点，本项目提出了多波长协作激发稀土上转换发光的研究项目，拟通过稀土离子不同能级跃迁选择吸收不同能量激发光子的方法，探索提高上转换发光效率的途径。通过建立理论模型，研究多波长激发对稀土能级布居及发光效率的影响；通过对比单/多波长激发条件下的上转换发光强度，研究多波长激发下提高上转换发光效率的关键技术、探索自然光条件下增强上转换发光的可行途径、设计适合于宽谱带激发的上转换发光材料；并预期实现如下目标：1、阐明多波长协作激发上转换过程的物理机制；2、揭示多波长协作激发对优化激发态布居的作用；3、掌握多波长协作激发上转换发光材料的设计与制备关键技术；4、为上转换材料在自然光条件下的应用提供理论和实验依据。

上转换发光在生物医学、光催化及光伏等领域有着重要的应用前景。如何提高上转换发光效率使其满足实际应用的要求是该项研究面临的瓶颈问题。针对稀土离子能级丰富且间距不同的特点，本项目提出了多波长协作激发稀土上转换发光的研究项目，拟通过稀土离子不同能级跃迁选择吸收不同能量激发光子的方法，探索提高上转换发光效率的途径。本项目在研究过程中制备了多种结构的稀土掺杂氟化物材料，系统研究了不同激发条件下材料的上转换发光性能。阐明了Er3+离子紫外上转换发光随温度变化的基本规律；开发了基于Er3+离子紫外上转换发光的光学温度传感；证明了此类材料在生物医学研究中的应用前景。构建了对980 nm及1532 nm激发光同时具有响应的稀土上转换材料；系统研究了核-壳结构及吸收过滤层厚度对上转换发光的影响；为获得高纯度的正交上转换发光提供理论指导。创造性地利用宽谱激发的方式进行光频上转换的研究；研究了稀土上转换发光随超连续激发光的谱线宽度变化的基本规律；证明了宽谱激发对优化稀土能级布居、提高上转换发光效率的关键作用；为实现高效上转换发光提供了新的思路。同时我们还开展了稀土离子真空紫外上转换发光及上转换发光增强等的研究，为提高稀土上转换材料的实际应用水平提供理论及实验依据。项目资助在权威刊物上发表研究论文成果7篇，其中SCI收录7篇；授权发明专利1项；培养研究生毕业5名。