铟基零维卤化物中Er3+的紫外上转换发光突破：受限能量转移策略及其近红外-紫外转换应用

研究人员针对Yb3+/Er3+体系紫外上转换发光效率低的关键问题，通过设计零维Rb3InCl6:Yb3+/Er3+材料，利用低声子能量和大离子间距特性实现Er3+在4G11/2能级的高效布居，获得384 nm紫外发射（I384/I554=0.864），并成功应用于钙钛矿纳米晶的近红外触发阴离子交换。该研究为紫外上转换材料设计提供了新范式。

　　

在光电转换与生物医学领域，将低能量近红外光转化为高能紫外光的上转换技术长期面临效率瓶颈。传统Yb³⁺/Er³⁺体系虽在可见光区表现优异，却因Er³⁺密集能级导致的非辐射弛豫难以实现高效紫外发射。中国科学院福建物质结构研究所的研究团队创新性地提出零维材料受限能量转移策略，在《Nature Communications》发表的研究中，通过设计Yb³⁺/Er³⁺共掺Rb₃InCl₆晶体，实现了Er³⁺在384 nm的紫外上转换发光突破，其强度比（I₃₈₄/I₅₅₄）达0.864，较传统材料提升1-2个数量级，并成功应用于钙钛矿纳米晶的远程光控修饰。

研究采用溶剂热法合成微晶/纳米晶，通过X射线吸收精细结构（EXAFS）和拉曼光谱确认[InCl₆]^3-八面体中Yb³⁺/Er³⁺的取代。利用时间分辨光谱分析4G_11/2能级寿命（190 μs），结合密度泛函理论计算7.39 ?的In-In间距，阐明受限能量转移机制。近红外触发阴离子交换实验采用CsPbX₃（X=Cl/Br/I）纳米晶与二溴甲烷/碘丙烷混合体系。

结构表征
单斜相Rb₃InCl₆的零维结构通过[InCl₆]^3-八面体孤立分布实现空间限域。

XPS和EDS证实Yb/Er均匀掺杂，晶胞体积随掺杂量增加至2460.5 ?³，Raman峰宽展（282 cm^-1）反映[YbCl₆]^3-取代引起的晶格畸变。

发光特性
50%Yb³⁺/1%Er³⁺样品在980 nm激发下呈现384 nm（4G_11/2→⁴I_15/2）、524/554 nm（²H_11/2/⁴S_3/2→⁴I_15/2）等多波段发射。

功率依赖实验显示4G11/sub>布居为三光子过程（斜率2.43），低声子能量（<282 cm^-1）抑制了4G_11/2→²H_9/2的多声子弛豫。

能量转移机制
DFT计算揭示7.39 ?的Yb-Yb间距使能量迁移速率（2.10×10² s^-1）比NaYF₄低1个数量级。

Yokota-Tanimoto模型拟合证实扩散受限迁移模式，促使Yb³⁺-Er³⁺循环能量转移主导紫外发射。

应用验证
Rb₃InCl₆:Yb³⁺/Er³⁺纳米晶作为近红外-紫外转换器，驱动CsPbCl₃→CsPbBr₃（408→511 nm）和CsPbBr₃→CsPbI₃（510→696 nm）阴离子交换，量子产率提升至98.1%。

该研究通过晶体场工程和能量转移调控，突破了Yb³⁺/Er³⁺体系紫外上转换的效率限制，提出的零维受限能量转移策略为开发新型上转换材料提供了普适性方法，其在光化学合成、生物成像等领域的应用潜力值得期待。