新加坡国立大学刘晓刚
图:(a)位于NaYF4纳米粒子内部(Ybin，顶部)和表面(Ybsurf，底部)的三价镱离子的配位和4f能级示意图
(b)显示配体配位增强上转换发光的图
学分:自然光子学 新加坡国立大学的研究人员开发了一种合成方法，通过分子配位的表面重建来增强蛋白质大小的镧系元素掺杂的n型阳极晶体的上转换发光
这一创新防止了表面相关的能量损失，标志着镧系元素发光领域的重大突破
非线性频率上转换是从材料科学、化学到光物理和生物学等众多研究领域中具有基础和技术重要性的课题
这种兴趣是由多功能应用驱动的，包括三维显示、固态激光器、光电子学、超分辨率生物成像以及光遗传学
对制备高度发光的蛋白质大小的上转换纳米晶体有很高的需求，这为推进具有亚衍射极限分辨率的成像技术提供了巨大的机会
然而，对于小尺寸纳米晶体，大部分镧系元素掺杂剂驻留在表面或次表面层上，形成不发光的暗层
先前的研究已经达成共识，激发能损失主要归因于表面淬火
尽管付出了巨大的努力，表面猝灭的机理仍然难以捉摸，这主要是由于镧系元素掺杂的上转换系统中复杂的能量扩散和有限的表面缺陷表征技术
由新加坡国立大学化学系的刘晓刚教授和黑龙江大学的徐辉教授领导的研究团队开发了一种简单的方法，通过配体配位在表面镧系元素中重建轨道杂化和晶场分裂来增强s-ub-10nm晶体中的多光子上转换
配体配位可以激活含敏化剂的暗层，促进表面和内部镧系元素敏化剂之间的能量迁移，提高激发能量的利用率和上转换效率(见图)
通过与二齿吡啶甲酸分子的配位，直径为5纳米的NaGdF4:Yb/Tm纳米粒子在紫外光谱区表现出高达11，000倍的上转换增强
此外，配体配位可以利用超过2 nm的配体-敏化剂分离距离进行能级重建
这些发现为超小系统中的界面能量转移提供了新的基本见解，并为构建单粒子水平的光学询问系统提供了平台
刘教授说:“我们的方法展示了一种简单有效的上转换发光增强策略
分子配位既不改变纳米晶体的大小和形态，也不需要复杂的仪器
这些明亮的、超小的上转换纳米粒子在单粒子水平上实现超分辨率成像、神经内轴突运输跟踪和成像引导的精确诊断方面具有潜力
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