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【Adv. Mater.】无稀土元素，超宽带（FWHM > 250 nm）近红外荧光团的发现 ​

总结 ​

本研究成功开发了一种新型无稀土、超宽带近红外(NIR)荧光团，通过调控MgAl2O4(MAS)尖晶石及其衍生物中的Cr3+中心，实现了高效的NIR光发射，具有高内部量子效率(IQE)和优异的热稳定性。

摘要 ​

本研究针对三价铬(Cr3+)作为近红外(NIR)发射体的潜力进行了深入研究。研究发现，通过在Cr3+掺杂的MgAl2O4(MAS)尖晶石中引入超量Al2O3/Ga2O3，可以增加弱场Cr3+中心的数量，从而实现宽带NIR发射。进一步通过引入SiO2，破坏了Cr3+中心的反演对称性，显著提高了3d-3d跃迁的概率，从而增强了光吸收效率。制备的荧光转换发光二极管( pc-LEDs)展现出超宽带NIR光发射，具有高光电效率(16.0%)和光功率(180.8 mW)，以及出色的光谱稳定性，性能优于现有技术。这项工作不仅为NIR pc-LED技术的商业化铺平了道路，还为宽带NIR光生成提供了一个廉价、多功能、稳健的材料平台。

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研究结果分类展示 ​

1. 材料设计与合成 ​

  • 利用MAS尖晶石及其衍生物中的Cr3+中心，通过调整化学计量比，实现了宽带NIR发射。
  • 引入SiO2破坏Cr3+中心的反演对称性，显著提高了光吸收效率。

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2. 光谱特性与性能 ​

  • 实现了超宽带NIR发射，具有高IQE(>90%)和大的发射带宽(FWHM > 250 nm)。
  • 荧光团展现出优异的热稳定性和抗热猝灭性能。 image.png

3. 光电器件应用 ​

  • 制备的pc-LEDs在350 mA驱动电流下，实现了180.8 mW的NIR光功率和16.0%的光电效率。
  • 与商业产品相比，展现了更高的性能和更好的光谱稳定性。 image.png

4. 理论计算与模拟 ​

  • 通过第一性原理计算和配位场理论，分析了不同局域结构下Cr3+的跃迁偶极矩，证实了SiO2引入对提高3d-3d跃迁概率的贡献。

参考文献 ​

Zheng, G.; Lou, C.; Yuan, Z.; Xiao, W.; Shang, L.; Zhong, J.; Tang, M.; Qiu, J. Rare‐Metal‐Free Ultrabroadband Near‐Infrared Phosphors. Advanced Materials 2024, 2415791. https://doi.org/10.1002/adma.202415791.