Er3+掺杂NaTi2(PO4)3 NASICON材料的近红外-可见上转换发光特性研究

本研究针对传统上转换（UC）材料效率低、稳定性不足的问题，首次将NASICON结构的NaTi2(PO4)3（NTPO）作为Er3+掺杂的UC宿主材料，通过固相反应法合成E-NTPO并系统研究其光物理特性。结果表明，7% Er3+掺杂浓度下获得最强绿光发射，且红绿发射比（R/G）随泵浦功率变化呈现交叉弛豫（CR）和能量转移（ET）机制特征，2 μs的衰减时间揭示了复杂能量传递过程，为开发新型氧化物基UC材料提供了重要参考。

　　

在光电材料领域，将低能量近红外光转化为高能量可见光的上转换（UC）技术，因其在生物成像、光伏和显示等领域的应用潜力而备受关注。然而，传统UC材料受限于4f-4f跃迁的拉波特禁阻效应，效率普遍较低。虽然氟化物基质如NaYF₄效率可达13%，但其化学稳定性较差，而氧化物/磷酸盐基质虽稳定性优异，却因高声子能量导致效率受限。这一矛盾促使科学家不断探索新型宿主材料——既要具备结构无序性以增强发光，又需保持化学稳定性。

韩国光州科学技术院（GIST）的研究团队另辟蹊径，将目光投向钠超离子导体（NASICON）结构的NaTi₂(PO₄)₃（NTPO）。这种传统用于固态电池的材料具有独特的"灯笼状"三维结构，由TiO₆八面体和PO₄四面体构成，其非中心对称的Na⁺位点（离子半径1.02 ?）恰好可容纳Er³⁺（0.89 ?）。研究人员通过固相反应法成功制备Er³⁺掺杂NTPO（E-NTPO），并发现其能实现高效的绿光上转换，相关成果发表在《Journal of Luminescence》。

研究采用X射线衍射（XRD）验证晶体结构，通过X射线光电子能谱（XPS）分析元素价态，结合荧光光谱和寿命测试揭示UC动力学过程。关键发现包括：

Chemicals and Synthesis
以Na₂CO₃、TiO₂和(NH₄)H₂PO₄为原料，经400℃预烧后高温烧结获得纯相NTPO，Er³⁺通过取代Na⁺位点实现掺杂。

Results and Discussion

1. 结构分析证实Er³⁺优先占据Na⁺位点，形成非中心对称配位环境；
2. 7% Er³⁺掺杂时UC强度最大，红绿发射比（R/G）随泵浦功率增加而升高，表明存在交叉弛豫（CR）；
3. 2 μs的衰减寿命远低于典型Er³⁺的毫秒级寿命，证实存在复杂的能量转移（ET）路径。

Conclusion
该研究首次证明NASICON结构的NTPO可作为高效UC宿主，其结构优势在于：①三维离子通道促进能量迁移；②非中心对称位点增强4f-4f跃迁；③稳定的氧化物框架耐受高功率激发。相比传统氟化物，E-NTPO在保持较高UC效率（具体数值原文未披露）的同时，具备更优的化学稳定性，为开发耐候性UC器件（如户外显示、高功率激光标记）提供了新思路。

值得关注的是，研究中观察到的R/G比动态变化现象，为理解高掺杂浓度下的CR-ET竞争机制提供了典型案例。未来通过调控TiO₆/PO₄单元比例或引入共掺杂剂，可能进一步优化UC性能。这项工作不仅拓展了NASICON材料的应用边界，更为设计"结构-性能"可控的新型UC材料提供了理论依据。