基于能级选择性染料敏化的紫外上转换发光增强技术

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Energy-Level-Selective Dye Sensitization Enables Enhanced Ultraviolet Upconversion Emission

紫外上转换发光通过Cy5敏化Tm3?纳米颗粒实现高效能量传递，增强361 nm和451 nm紫外及蓝光发射，并成功应用于微反应器光催化体系。

　　

摘要

紫外线（UV）上转换发射具有吸引力，因为高能光子可以引发长波长照射无法实现的光物理和光化学转化。然而，传统的Yb³⁺敏化上转换纳米颗粒（UCNPs）在4f-4f能级之间的吸收较弱，并且能量分散较大，这限制了它们产生强且光谱聚焦的UV发射的能力。在这里，我们提出了一种直接染料敏化的策略，显著增强了基于Tm³⁺的UV上转换发射。使用花青素染料Cy5作为分子天线，635 nm的激发光可以选择性地使Tm³⁺跃迁到1D₂态，从而在361 nm和451 nm处产生强烈的发射。机理研究表明，光激发的Cy5与Tm³⁺之间存在直接的能量转移，其中³F_2,3介导的双光子上转换过程有效地将能量传递到1D₂态。随后的辐射弛豫产生了清晰的UV和蓝光发射。与传统的980 nm激发相比，这种染料敏化的Tm³⁺ UV发射强度提高了三个数量级，且适用于尺寸极小的（约7 nm）UCNPs。此外，我们还证明了Cy5敏化的Tm³⁺ UV发射可以促进微反应器中的光化学反应，凸显了其实际应用价值。这种通用方法为创建用于光化学、光催化和光子应用的明亮、光谱集中的UV上转换系统提供了一个多功能平台。

图形摘要

光激发的Cy5直接将能量传递给Tm³⁺，选择性地激发³F_2,3中间态，并驱动高效的双光子上转换到1D₂态。这种定向的激发途径抑制了能量分散，从而使得超小的NaYF₄: Tm纳米颗粒产生强烈的、光谱清晰的紫外（361 nm）和蓝光（451 nm）发射。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可向通讯作者提出合理请求后获得。