Cr3+/Cr4+掺杂CaYAl3O7近红外荧光粉的价态调控与多面体畸变：Sc3+共掺杂增强NIR-II发光性能

《Journal of Alloys and Compounds》：Oxidation state regulation and polyhedron deformation in Cr3+ doped CaYAl 3O 7 NIR phosphors

本文报道了通过固相反应合成Cr4+/Cr3+激活的Ca(Y,Sc)Al3O7荧光粉，XRD和Rietveld精修证实Cr4+占据四面体Al3+位点。Sc3+共掺杂使NIR-II发射强度提升至129.5%，热稳定性显著改善（480K下发光强度保持率67.3%）。该材料在生物成像（NIR-II窗口：1000-1700nm）和光子器件中具有应用潜力。

　　

Highlight

本研究首次通过调控烧结气氛（N₂ vs 空气）实现Cr离子价态定向控制：空气烧结获得四面体Cr⁴⁺（1360nm发射），氮气环境稳定八面体Cr³⁺（935nm发射）。Sc³⁺共掺杂使晶格刚性增强，带隙展宽，将热激活能提升至0.299eV，显著抑制非辐射损耗。

Results and discussion

XPS和EPR证实Cr⁴⁺的3d²电子构型及其四面体配位环境。最优样品CaYAl₃O₇:1.0%Cr⁴⁺展现超宽NIR-II发射（FWHM~300nm），量子产率达62.1%。Sc³⁺掺杂后，480K下发光保持率从49.2%提升至67.3%，归因于[AlO₄]四面体畸变减小和声子散射抑制。

Conclusion

该工作为设计可调谐近红外发光材料提供了新思路：通过Sc³⁺共掺杂调控晶场强度，结合烧结气氛控制Cr价态，实现从NIR-I到NIR-II窗口的精准光谱调制。所制备荧光粉转换型LED在300mA驱动下输出功率达92.2mW。