双阳离子（Nd3+&Mn2+）修饰InP/ZnS量子点的快速热致变色响应及其荧光温度计应用

为解决环境友好型量子点（QDs）在智能传感与显示技术中可见光动态调谐范围不足的问题，研究人员通过Nd3+和Mn2+双阳离子协同修饰InP/ZnS量子点，实现了从橙黄到纯蓝的快速热致荧光变色（响应时间<5秒），并构建了宽温域（293–533 K）比率型荧光温度计，为无镉量子点的多功能光学调控提供了新思路。

　　

在追求绿色光电材料的浪潮中，量子点（QDs）因其卓越的光学特性成为研究热点，但传统镉基量子点的毒性和有限的光学调控能力制约了其应用。磷化铟（InP）量子点作为无镉替代品虽具潜力，却面临可见光动态调谐范围窄、温度响应机制不明等挑战。尤其在实际应用中，如何实现快速、高对比度的荧光变色以适配智能传感和环保显示技术，成为亟待突破的瓶颈。

针对这一难题，来自国内的研究团队（具体机构未明确标注）在《Applied Materials Today》发表研究，通过创新性地引入钕（Nd³⁺）和锰（Mn²⁺）双阳离子协同修饰InP/ZnS量子点，成功开发出具有快速热致变色响应的荧光温度计。研究人员采用溶剂热法合成Mn:InP/ZnS和Nd&Mn:InP/ZnS量子点，结合变功率激发实验和时间分辨光谱技术，系统分析了掺杂量子点的发光饱和行为与温度依赖特性。

关键实验方法

研究通过调控Mn/In比例优化双发射特性，利用Nd³⁺界面锚定抑制量子点高温生长；采用稳态/瞬态荧光光谱解析载流子再激发过程；基于荧光强度比（FIR）构建比率型温度检测模型。

结果与发现

1. 双发射调控机制：Mn²⁺掺杂引入590 nm橙光发射（⁴T₁-⁶A₁跃迁），与InP本征蓝光发射（470 nm）形成竞争；Nd³⁺通过表面钝化将本征发射锚定于纯蓝光波段，扩展变色范围至173 nm。

2. 热激活特性：升温激活载流子再激发过程，使本征发射增强而Mn²⁺发射淬灭，实现橙黄→蓝的肉眼可辨变色，响应速度突破5秒。

3. 温度计性能：基于双发射强度比构建的荧光温度计在293–533 K范围内呈现线性响应，最大相对灵敏度达1.8% K^-1。

结论与意义

该研究首次在无镉量子点中实现Nd³⁺与Mn²⁺的协同光学调控，揭示了温度依赖的载流子再分配机制。所开发的荧光温度计兼具环境友好性、快速响应和显著视觉对比度优势，为智能标签、生物成像等应用提供了新材料平台。研究提出的双阳离子修饰策略，为拓展III-V族量子点的多功能化设计提供了普适性范式。