基于空位诱导局域结构工程的上转换发光时空调控技术及其防伪应用

【编辑推荐】针对当前荧光防伪技术中多色调控策略复杂、能量转移效率低等问题，南京林业大学团队通过晶体场工程策略，在简化单激活剂体系Na0.5YbF3.5:Er/Y@CaF2:Yb中实现激发波长依赖的色度切换。通过调控Na+/F-摩尔比增强红绿发射比，结合CaF2壳层抑制表面淬灭，最终在980 nm单波长激发下通过脉冲宽度调制实现红绿发射切换，为高端防伪和信息安全提供新思路。

　　

在全球假冒商品泛滥的背景下，传统荧光防伪技术因紫外激发干扰大、材料毒性等问题面临挑战。稀土掺杂上转换纳米颗粒(UCNPs)凭借近红外(NIR)激发、抗斯托克斯发射等特性成为研究热点，但现有多色调控策略依赖复杂掺杂体系或多重激发波长，制约其实际应用。南京林业大学团队在《Journal of Luminescence》发表的研究，通过创新性晶体场工程解决了这一难题。

研究采用改进的共沉淀法构建Na_0.5YbF_3.5:Er/Y@CaF₂:Yb核壳结构，关键技术包括：1）乙酸根配体介导的Na⁺/F^-化学计量调控；2）晶格匹配的CaF₂:Yb钝化壳层制备；3）脉冲宽度依赖的发光动力学分析。

【材料】选用Er₂O₃、Yb₂O₃等稀土氧化物，通过配体环境优化实现局域结构精确调控。

【结果与讨论】

1. 结构表征显示乙酸根配体环境可有效调控Na⁺空位浓度，使红绿发射比提升3.8倍；
2. CaF₂壳层将上转换发光强度提高2.3倍，表面淬灭抑制效率达89%；
3. 在固定Yb³⁺/Er³⁺比例下，仅通过980 nm激光脉宽调制即可实现绿(550 nm)到红(660 nm)发射的动态切换。

【结论】该研究突破传统多激活剂掺杂限制，通过空位诱导的局域对称性破缺实现单波长激发依赖的色度调控。所开发的Na_0.5YbF_3.5@CaF₂体系兼具简化结构和高效发光特性，不仅为防伪材料设计提供新范式，其激发选择性能量转移机制对生物成像探针开发具有重要启示。研究获国家自然科学基金(51702074)等资助，相关技术已申请专利保护。