新型高效宽带吸收的Yb3+掺杂近红外量子剪裁发光材料的合成与光谱性质

近红外量子剪裁是一种可将一个可见光子剪裁为两个近红外光子的新型下转换发光现象，它在太阳能利用和提高硅基太阳能电池光电转化效率等前沿技术领域有潜在的应用前景。目前，稀土离子对如M3+-Yb3+（M＝Tb, Pr和Tm）在一些磷酸盐和硼酸盐基质中的协同近红外量子剪裁已经实现，但是，M3+离子在紫光-蓝光区域吸收很窄，且吸收效率非常低，导致Yb3+的近红外发射很弱。本项目拟以具有宽带强吸收特性的4f-5d跃迁的Ce3+和Eu2+为敏化剂，增强对紫外光和蓝光的吸收，并将能量传输给Tb3+, Pr3+或Tm3+，然后，通过稀土离子对M3+-Yb3+的近红外量子剪裁，期望获得具有高量子效率的强红外光发射；课题将以材料设计与合成为基础，通过对Ce3+/Eu2+-M3+-Yb3+三掺杂稀土离子对的光谱学和发光动力学的系统研究，探讨能量传递和量子剪裁的机制和规律，为新型近红外量子剪裁发光材料提供实验依据；

近红下转换材料，包括近红外量子剪裁和波长转换材料在太阳能利用和提高太阳能电池光电转化效率等前沿技术领域有潜在的重要的应用前景。本项目系统地开展新型高效宽带吸收的Yb3+和Pr3+掺杂近红外下转换材料的设计、合成与光转换性质研究，取得了以下主要研究进展：1）提出了利用具有宽带强吸收特性的4f-5d跃迁的Ce3+为敏化剂，增强Yb3+对近紫外光(300-380nm)吸收，获得一种新型三稀土离子对掺杂的近红外量子剪裁光转换发光材料Ca2BO3Cl:Ce3+, Tb3+, Yb3+(CBC)，该材料的近红外发光强度是目前粉体材料中量子效率最高（182%）的GdBO3:Tb3+-Yb3+的10倍左右；2）提出了在具有强共价性、良好化学稳定性和低声子频率的复合硫氧化物体系中，利用具有强且宽带吸收特性的Yb3+-S2-电荷迁移带，高效吸收太阳光的长波紫外部分（300~400nm），增强Yb3+近红外光的思路，获得 新型近红外波长转换材料CaLaGa3S6O:Yb3+，其近红外发光强度是近红外量子剪裁发光材料CBC的12倍；3）提出了基于Pr3+离子的近红外双光转换模式，获得一种新型稀土双光转换荧光材料CaLaGa3S6O: Ce3+-Pr3+，实现对太阳光光谱中的紫外-可见光部分（300~600nm）的有效宽带吸收，其近红外发光强度是新型近红外量子剪裁发光材料CBC的8倍； 上述工作解决了传统近红外下转换材料普遍存在3个方面的主要问题:(a)对紫光-蓝光区域的可见光光子的吸收窄，主吸收峰峰位普遍位于300-400nm之间；(b)近红外发光强度需要进一步提高；（c）光转换模式单一。本项目执行期间，先后在国际重要学术刊物如J. Mater. Chem.、Chem-Euro. J.、Appl. Phys. Lett.、Opt. Express.、Optical Letter、Acta. Mater.、Sensors and Actuators B: Chemical上发表SCI收录学术论文11篇，其中, IF>3，共9篇，IF>5, 共2篇。申请国家发明专利3项；受邀参加国际学术会议6次，其中，邀请报告2次，口头报告4次；同时，应邀参加国内学术会议5次，做分会场特邀报告1次；