β-NaLuF4:Yb,Er微晶中内部OH?缺陷诱导上转换猝灭机制研究及其对发光材料设计的指导意义

《Journal of Luminescence》：Internal OH? defect-induced upconversion quenching in β-NaLuF 4:Yb,Er microcrystals

本文通过X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体（ICP）和Eu3+结构探针技术，揭示了β-NaLuF4:Yb,Er微晶中上转换发光猝灭的主要途径源于晶格内部OH?缺陷而非表面效应，为高效上转换材料的设计提供了关键理论依据。

　　

亮点

镧系掺杂上转换材料即使在较大尺寸颗粒中也易发生发光猝灭，但其主要猝灭途径仍存在争议。本研究通过表面活性剂和pH值对β-NaLuF₄:Yb,Er微晶发光特性的影响分析，结合X射线衍射（XRD）、电感耦合等离子体（ICP）谱仪和Eu³⁺结构探针测量，提出关键证据表明：主要猝灭途径源于激发态镧系离子向晶格附近OH^?缺陷的快速能量迁移，而非表面猝灭效应。即使在富含OH^?的反应条件下，通过减少内部猝灭效应仍可显著提升上转换发光强度。本研究为微尺度下的严重发光猝灭现象提供了新的基础认知，对高效上转换材料的设计与制备具有指导意义。

材料

稀土氧化物（RE₂O₃, RE = Lu, Yb, Er, Eu）（纯度99.99%）、氟化钠（NaF）（99.99%）、乙二胺四乙酸二钠水合物（EDTANa₂）（99.5%）购自阿拉丁工业公司。RE(NO₃)₃储备溶液通过将相应RE₂O₃溶于过量HNO₃溶液，在150°C持续搅拌条件下制备。

β-NaLuF₄:Yb,Er或β-NaLuF₄:Eu微晶的制备

无EDTANa₂的β-NaLuF₄微晶通过水热法合成：典型流程中，将1?6 mL RE(NO₃)₃溶液与特定量NaF溶液混合，调节pH后转移至高压反应釜，于特定温度下反应一定时间，最终获得微晶产物。

结果与讨论

有机添加剂作为螯合剂和形貌调节剂，在溶液体系中显著影响颗粒尺寸与形态演化，进而调控镧系掺杂上转换材料的发光效率。水热过程中添加EDTANa₂可形成形状规则、高度均匀且单分散的微棱柱（图1a）；而无EDTANa₂的样品则呈现不规则形态。

作者贡献声明

Gaofeng Pan： 调研；Xuesong Zhai： 撰写-审阅与编辑，监督；Ruian Yang： 方法建立，数据整理；Xinyang Gu： 验证；Yaomin Lei： 方法建立，调研；Wuqin Chen： 调研，数据整理；Yue Wang： 验证，方法建立，数据整理；Jinshan Wang： 撰写-审阅与编辑

利益冲突声明

无利益冲突声明。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（11504317）的资助。