Nature子刊：多彩发光上转换纳米晶！

稀土掺杂上转换纳米晶独特的发光特性使得其在成像、传感以及显示等领域具有广阔大应用前景。工业应用的基础在于制备，因此，制备具有多彩发光能力的上转换纳米晶一直以来都是材料学家们所关注的事情。

一个核心的难题在于：要想得到具有多彩发光性能的上转换纳米晶，一般需要严格控制反应条件，往往会造成纳米晶尺寸、组成和相态等参数的变化，而且操作步骤较为复杂，可重复性不佳。所以，发展一种简单可控的方法来控制上转换纳米晶的多彩发光，显得尤为重要。

有鉴于此，刘小钢教授、黄维教授以及韩宇教授等课题组合作开发了一种在水溶液中进行阳离子交换的后处理方法，在保证稀土掺杂上转换纳米晶尺寸和形貌不变的情况下实现多彩发光调控。

图1. 阳离子交换调控稀土掺杂纳米晶多彩发光原理

考虑到基于Gd³⁺的宿主材料的特殊能带特性，研究人员首先通过共沉淀制备得到六方相的NaGdF₄:Yb/Tm@NaGdF₄纳米晶，然后利用HCl剔除纳米晶表面的油酸分子，最后在含有Tb³⁺的水溶液中搅拌1h。

阳离子交换前后，纳米晶的形貌、尺寸和相态基本不发生变化。在此基础上，研究人员开发了一系列由Mn²⁺、Tb³⁺、Eu³⁺等阳离子后处理的多种上转换纳米晶，实现在较温和条件下对纳米晶上转换发光的多彩调控，并首次观测到了肉眼可见的长余辉上转换发光。

图2. 水溶液中阳离子交换前后纳米晶几乎没有变化

图3. 阳离子交换实现稀土掺杂纳米晶多彩发光

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Sanyang Han, Xian Qin, Yu Han, Wei Huang, Xiaogang Liu et al. Multicolour synthesis in lanthanide-doped nanocrystals through cation exchange in water. Nature Communications 2016, 7, 13059.