通过阳离子部分取代策略同步提升Cr3+激活磷酸盐荧光粉的长波长近红外发光与热稳定性

针对宽带近红外(NIR)荧光粉发光效率低、热稳定性差的核心难题，研究人员通过Ti4+部分取代Al3+/Na+的策略，成功开发出Na1.8-yAl0.7-yTi1.2+y(PO4)3:Cr3+系列荧光粉。该材料在470 nm激发下实现700-1300 nm宽带发射（峰值831 nm，FWHM 151 nm），IQE达51.7%，373 K下保持50.2%发光强度，为NIR pc-LED在信息加密和无损检测中的应用提供新方案。

　　

在光谱分析、食品检测、生物成像等领域，近红外(NIR)光源因其非侵入性和环境友好性备受青睐。然而传统NIR光源如卤素灯存在能耗高、体积大的缺陷，而LED又受限于窄发射光谱。虽然基于Cr³⁺的荧光转换LED(pc-LED)能实现宽带发射，但现有材料普遍面临发射波长偏短（<800 nm）或热稳定性差的瓶颈。尤其当Cr³⁺处于弱晶体场环境时，虽可实现长波长发射，却因能隙减小导致非辐射跃迁加剧，造成效率骤降。

安徽师范大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，通过精巧的阳离子取代策略，在Na_1.8-yAl_0.7-yTi_1.2+y(PO₄)₃基质中引入Ti⁴⁺部分取代Al³⁺/Na⁺，成功制备出兼具长波长发射（峰值831 nm）与优异热稳定性的Cr³⁺激活荧光粉。研究采用高温固相法合成样品，通过X射线衍射确认晶体结构，利用荧光光谱和变温光谱分析发光性能，结合第一性原理计算阐明增强机制。

结构分析
晶体结构解析显示，[Ti/AlO₆]八面体与[PO₄]四面体构成三维框架，Ti⁴⁺取代导致八面体畸变度增加，打破Cr³⁺的d-d跃迁禁阻，使发光强度提升2.3倍。

发光性能
优化组分Na_1.4Al_0.3Ti_1.6(PO₄)₃:0.1Cr³⁺展现51.7%的IQE，发射光谱覆盖700-1300 nm，FWHM达151 nm。相比未取代样品，373 K下发光强度保留率从38.7%提升至50.2%。

机理研究
理论计算证实Ti⁴⁺取代可降低电子-声子耦合强度，抑制温度猝灭。八面体畸变产生的局部应变场有效调控Cr³⁺的4T₂→4A₂跃迁概率。

器件应用
封装后的pc-LED在100 mA驱动下输出功率19.46 mW，光电转换效率6.83%，成功应用于纸币防伪和多光谱成像。

该研究通过晶体场工程与声子调控的协同作用，突破长波长NIR荧光粉"效率-稳定性"难以兼得的困境。所提出的阳离子取代策略为设计新型功能材料提供普适性思路，推动NIR光源在生物医学检测、智能传感等领域的实用化进程。特别是材料在高温下的稳定表现，使其适用于需长期工作的工业检测场景，展现出广阔的产业化前景。