Cr3⁺-Cr3⁺聚集体的间隔电荷转移NIR-II发光

近红外(NIR)光谱包含许多有机官能团的特征振动吸收带。近红外荧光粉转换发光二极管(pc-LED)在无损检测和夜视等领域引起了越来越多的兴趣。

2016年，欧司朗发布了首款NIRpc-LEDSFH4735，但输出功率较低(16mW@350mA)且波长有限。此外，与传统的第一窗口(750-950nm)相比，在第二生物成像窗口(1,000-1,800nm)内工作的发光造影剂表现出较低的组织吸收和散射系数，从而能够增强检测深度并改善成像信号-噪声比。

值得注意的是，通过设计晶体场环境，Cr3+的发光位于NIR-Ⅰ区域，如田边-菅野图所示。Cr4+([Ar]3d2)的存在能够将发射延伸至NIR-Ⅱ区域，但由于室温下的发光热猝灭效果较差，效率较低。

相比之下，掺杂稀土离子的磷光体通常表现出窄带多重发射，使得光谱调谐成为一项具有挑战性的任务。因此，研究通过离子掺杂和结构组成实现宽带NIR-II发光的方法变得至关重要。

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，中国北京科技大学材料科学与工程学院刘泉林教授领导的研究小组及其同事开发出了有史以来第一个近红外光磁铅石型LaMgGa11O19中基于Cr3+-Cr3+→Cr2+,Cr4+区间电荷转移(IVCT)的Ⅱ宽带发光。

基于Cr3+离子的大量掺入，LaMgGa11O19表现出双发射(NIR-Ⅰ，890nm和NIR-Ⅱ，1200nm)，半峰全宽(FWHM)为626nm，发光外效率高18.9%。他们进一步观察了目标NIR-Ⅱ发光的发光抗热猝灭行为(432%@290Kvs.@80K)。

他们在低浓度的Cr3+离子下观察到NIR-Ⅰ发光，而当Cr3+离子浓度增加到0.5时出现NIR-Ⅱ发光。当Cr3+离子的掺杂浓度较高时，Cr4+离子的激发和吸收信号无法追踪。

此外，与Cr4+离子相比，他们发现与这种异常NIR-II发光相关的显着更长的发光衰变寿命(2.3ms)。通过制造近红外pc-LED，证明了LaMgGa11O19:Cr3+荧光粉作为发光转换器在无损分析、组织穿透和远距离夜视方面的潜在应用。