上轉換材料是一類特殊的非線性光學材料，它可以通過吸收兩個或多個光子而将長波長轉換為短波長。稀土離子(Re3+)摻雜上轉換發光材料具有光穩定性好、發射譜線尖銳和生物毒性低等顯著優勢，從而逐漸取代傳統的有機熒光染料和半導體量子點。然而，這類材料自身固有的低上轉換發光效率阻礙了它們的進一步應用。因此，需要采用多種方法來增強其上轉換發光性能，這些方法包括構建核殼結構，調控上轉換發光納米材料的晶相以及摻雜Re3+或非Re3+離子等。
值得注意的是，在上述方法中，在膠體納米晶的基質中摻雜适當的Re3+或非Re3+離子是一種很重要的調控上轉換發光納米晶的尺寸、形狀、調節電子和磁性特性以及上轉換發光強度的策略。例如，新加坡國立大學劉小剛教授團隊在頂級期刊Nature上以Letter形式報道了利用Gd3+離子摻雜同時改變NaYF4上轉換發光納米粒子的尺寸、晶相和上轉換發光強度。此外，還有一些研究表明，将非Re3+離子(如Ca2+, Cu2+, Cd2+, Fe3+, Cr3+, Ti4+等)摻雜到晶格中也可顯著增強上轉換發光的強度。
在此，我們設計通過摻雜Sn2+離子來提高上轉換發光強度。然而，有關Sn2+離子摻雜的報道還不多見，其主要原因有以下兩個方面：(1) 離子半徑和電荷數的差異使摻雜的Sn2+離子難以進入基質主晶格；(2) Sn2+離子在水溶液中易水解，可能在最終産物中引入雜質。
本文采用乙二醇作為溶劑抑制Sn2+離子水解而制備得到Sn2+離子共摻雜的六方相Yb3+/Er3+:NaGdF4納米晶。并使用X射線衍射儀、透射式電子顯微鏡、電感耦合等離子體和熒光光譜儀等手段對産物進行分析，發現當Sn2+摻雜濃度為25%時上轉換發光最強，與不摻雜Sn2+離子的樣品相比，其在542 nm和652 nm處的上轉換發光強度分别提高了24倍和33倍。其增強原因歸結于: Sn2+摻雜促進了NaGdF4納米晶的生長，大大降低了稀土激活離子對表面淬滅中心的曝露;Sn2+摻雜降低了NaGdF4納米晶中稀土離子的晶格對稱性，這對增強上轉換發光有利; Sn2+摻雜取代基質晶格中Gd3+後由于電荷平衡需要産生大量F-空位，進一步豐富了NaGdF4納米晶中稀土離子的激活位點，同樣有利于增強上轉換發光。這項研究對制備高性能上轉換發光材料及實現其實際應用具有一定的參考價值。
這一成果近期發表在Ceramics International上，該工作得到了中央高校基本科研專項資金、湖南省自然科學基金以及2003网站太阳集团大學生研究性學習和創新性實驗項目資助。
Lingwei Zeng*, Minglei Song, Daqin Chen, Hu Zhou，Yuan Liu, Jianxian Zeng, Guoqing Liu, Jian Jian, Zhengqiu Yuan, Zhenliang Li, Jiahe Xu, Ce Xu, Jianfeng Tang**, Stannum-(II) dopant effects on morphology evolution and upconversion performance of Yb3+/Er3+:NaGdF4 crystals.CeramicsInternational, DOI.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.225
