中子分辨的双尖晶石基体工程：用于实现超宽带近红外发光及Cr3+、Ni2+之间的能量转移

《Advanced Functional Materials》：Neutron-Resolved Double Spinel Host Engineering for Ultra-Broadband NIR Luminescence and Cr3+, Ni2+ Energy Transfer

宽带近红外发光Cr3?/Ni2?共掺杂尖晶石Zn?.?-xAl?Ga???O??/?通过调控Zn空位实现阳离子倒置与局部无序，中子散射首次揭示短程四角有序与长程立方结构的协同效应，使Cr3?发射红移至650-1600nm范围，Ni2?外量子效率从3.6%提升至46.9%。

　　

摘要

宽带Cr³⁺和Ni²⁺激活的尖晶石荧光体因其在中红外（NIR）应用中的潜力而受到广泛关注。然而，局部结构对其光致发光特性的影响尚未得到充分研究。本文设计了一系列Cr³⁺和Ni²⁺掺杂的Zn_1-xAlGa_1+x*2/3O₄（x = 0–0.4）荧光体，通过控制Zn的含量来调节阳离子反转和局部结构无序。通过中子总散射及配对分布函数分析，本研究首次展示了基于中子的多尺度结构-性能关系，将局部阳离子无序与NIR发光联系起来。具体而言，优化后的组成（x = 0.3）表现出明显的短程四方阳离子有序（P4₁22对称性），同时存在于一个有序的长程Fd-3m尖晶石框架中。单掺杂荧光体的发光强度得到增强，其中Cr³⁺的发光带显著拓宽，Ni²⁺的发光强度由于晶格畸变而提高了四倍。在优化的Zn_0.7AlGa_1.20O₄（x = 0.3）中，Cr³⁺和Ni²⁺的共同掺杂将NIR发光范围扩展到了650–1600 nm，并显著提高了Ni²⁺的外部量子效率（EQE），从3.6%提高到了46.9%。这项研究展示了新型基质工程对NIR发光特性的影响，确立了中子散射作为探究发光机制的有效工具，并突出了高效Zn_0.7AlGa_1.20O₄:Cr³⁺, Ni²⁺掺杂荧光体的多功能性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。