实验室周博教授团队：界面能量传递（IET）点亮Eu3+纳米颗粒长余辉

基于闪烁/辐射发光的X射线探测与成像已广泛应用于无损检测、安全检查与工业检测等领域。相较之下，X射线激发的余辉（PersL）发光可在关源后持续发光，有望进一步降低背景干扰、提升成像信噪比与分辨率，具备重要的应用价值。然而，在稀土掺杂纳米颗粒体系中实现Eu3+的PersL发光是一个长期的挑战性课题。即便Tb3+常可作为X射线能量的“收集/供体”增强Eu3+的RL，简单Tb/Eu共掺仍难以获得Eu3+的PersL，且机理认识不够清晰，限制了材料设计与应用推进。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的周博教授团队提出通过“界面能量传递（IET）”策略构筑NaYF4:Tb@NaYF4:Eu壳核纳米结构，使Tb3+亚晶格承担X射线能量吸收、存储与迁移的功能，并在纳米晶核-壳界面建立高效的Tb3+→Eu3+之间IET通道，从而在壳层有效激活Eu3+，实现强烈红色PersL。更进一步，研究通过调控界面能量传递路径，实现RL/PersL发光颜色的空间可控与可切换；同时提出互补的成像路线：核壳体系用于“延时读出”，而共掺体系可“抑制PersL、仅保留RL”，从材料层面为实时成像提供避免鬼影的解决方案。

本研究通过构筑NaYF4:Tb@NaYF4:Eu壳核纳米结构，实现了X射线激励的Eu3+红色余辉发光；优化条件下，核层Tb3+与壳层Eu³⁺的掺杂比例分别约为80mol%与15mol%。对照实验表明，核壳空间分离是获得Eu3+的PersL的关键：当Tb3+与Eu3+简单共掺于同一晶格时，Eu3+ PersL不出现，且Tb3+自身余辉也被明显抑制。热释光等结果进一步支持Eu3+余辉来自Tb3+供能，并通过界面能量转移实现能量注入。为实现发光的可调控，研究在核与壳之间引入厚度可调的惰性NaYF4惰性层，连续调节Tb-Eu传递路径强度：惰性层增厚后Eu3+ PersL逐步减弱直至消失，而Tb3+的PersL显著增强，发光颜色实现连续变化。进一步将纳米颗粒嵌入PDMS制备柔性成像薄膜，实现约19.2与16.7 LP mm-1的成像分辨率，最高光产额约29,564 ph MeV-1，并在450 K下保持稳定的RL输出。该体系支持“延时读出”的PersL成像，同时也提供“仅RL、无余辉拖尾”的实时成像材料路线，为不同场景下的高质量X射线成像提供了方案。

图1通过构筑NaYF4:Tb@NaYF4:Eu壳核结构实现Eu3+的X射线激励的余辉发光

相关研究成果以“Enabling Persistent Luminescence of Eu3+in Nanoparticles through Interfacial Energy Transfer for Advanced X-ray Imaging”为题发表在Nano Letters上，其中通讯作者为周博教授，第一作者为2023级博士生魏国辉。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、发光材料与器件全国重点实验室等资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.5c01138