Tailoring Upconversion Emissions through Core–Shell and Local Structure Engineering

Jinwen Zhang

doi:10.1021/acs.accounts.6c00028

2026-03-30

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DOI：10.1021/acs.accounts.6c00028

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概览：具有梯状排列的4f能级特征的掺杂镧系上转换纳米颗粒（UCNPs），能够在低功率近红外激发下通过级联多光子吸收产生紫外、可见和近红外反斯托克斯发射。然而，这些固有发射往往难以满足高发射效率、多色输出、可调寿命和高非线性响应等多样化应用需求。近年来，核壳结构和局域结构工程已作为有效策略，用于调控镧系离子的能量传递路径和跃迁行为，从而实现对UCNPs发射特性的精确多维调控。一方面，构建使不同镧系物种在空间上分离的核壳结构，能够重新配置离子间的能量传递路径，从而实现对上转换发射的精细控制。通常，由光学惰性离子构成的壳层可作为保护层，屏蔽核中的发光中心免受表面猝灭剂的影响，进而减少能量耗散并显著增强上转换发射。此外，当将多种敏化剂和活化剂分别封装在独立的壳层中时，形成的镧系离子网络可促进长程能量迁移。这带来了多样化的发射谱形，并实现了发射颜色和寿命的灵活调控。进一步地，通过引入惰性中间层抑制层间能量串扰，可将非干扰发光区域整合到单个纳米颗粒中，实现激发正交化的上转换发射。另一方面，由于镧系离子的4f–4f跃迁对位点对称性敏感，对局域结构的精确控制为调控上转换发射提供了有效途径。局域结构涵盖局部对称性、离子间距离、间隙离子、空位等参数，可通过调整组分、施加外场和调控界面应变进行工程化设计。值得注意的是，上转换发光源于吸收、能量传递和发射过程的级联，所有这些过程均受局域结构环境的支配。因此，对核壳结构和局域结构的战略工程设计，能够高效调控上转换发射特性，包括发射强度、选择性、寿命和非线性行为。本文综述了通过这两种既独立又互补的策略——核壳结构和局域结构工程——调控上转换发射的最新进展。我们首先阐明，核壳结构的合理设计如何实现对能量传递路径的精确控制，进而导致可调发射谱形、增强的发射强度和激发正交化。随后讨论局域配位环境的调控和晶场扰动对4f–4f跃迁及发射行为的影响。重点介绍了合成方法、能量传递机制及多维发射调控方面的关键进展。最后，提出了核壳结构制备和局域结构工程中的新兴机遇，为高效上转换系统的设计提供展望。本文旨在为上转换领域的研究者提供清晰的蓝图，以实现针对多样化光学及多学科应用的高精度发光控制。

Keyword:

Upconversion emissions

Core–shell architecture

Local structure engineering

Energy transfer pathways

Luminescence control

期刊

Accounts of Chemical Research

IF:

17.7

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8.7W

机构

peking university

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论文数: 8.7W

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