Angew. Chem. ：缺陷调控稀土掺杂钨酸钪的荧光热增强

稀土发光材料具有窄峰发射、发光颜色可调、荧光寿命长以及抗荧光漂白等优异性质，因此被广泛应用于照明、成像、光通信、生物诊疗和光学防伪等多种领域。但是，稀土离子发光会受到荧光热猝灭效应的影响，即随着工作温度的升高，其发光强度不断衰减，直接限制了稀土发光材料在大功率照明、激光、光热催化和热光伏等高温环境下的应用。

近日，南京工业大学黄岭教授团队以稀土离子掺杂钨酸钪荧光材料为研究对象，通过调控基质晶格中的Frenkel缺陷，同时实现了稀土离子上转换和下转移荧光热增强，并将其应用于热光伏电池的性能提升。

钨酸钪为准层状的正交相结构，具有较大的晶格间隙。作者通过精细的光学表征和理论计算证明，晶体结构中本征的WO₄^2-基团，在高温烧结过程中会填隙到晶格间隙，形成Frenkel缺陷，即非本征WO₄^2-基团。本征和非本征WO₄^2-共同形成了单线态和三线态能级对，起到蓄能池的作用。这种结构上的新发现进一步完善了人们对于钨酸钪类化合物的固体化学认知。

当激发钨酸钪的单线态或三线态能级对时，蓄能池存储的能量可以共振传递给掺杂的稀土离子，敏化Yb³⁺，Er³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺和Sm³⁺的下转移荧光热增强。同理，在976 nm激光激发下，Yb³⁺和WO₄^2-三线态能级对之间的能量互传实现了Yb³⁺的近红外发光热增强，并进一步经过Yb³⁺-Ln³⁺能量传递，敏化了Er³⁺，Eu³⁺和Tb³⁺的上转换发光热增强。

在此基础上，作者基于Yb³⁺/Er³⁺共掺杂钨酸钪荧光材料构建了热光伏电池。利用Er³⁺离子的上转换和下转移荧光增强性质，有效提升了热光伏电池的性能，证明了钨酸钪荧光热增强材料良好的应用前景。需要强调的是，虽然钨酸钪是一类典型的负热膨胀材料，但作者团队清晰的证明了这么大幅度的发光热增强和负热膨胀几乎没有关系（贡献仅为~2%），最根本的还是因为材料内部的结构变化所导致。

总而言之，该工作进一步丰富了钨酸钪相关的固体化学理论，阐明了高温荧光的工作机理，实现了破纪录的高温上转换和下转移发光，为高温发光材料的设计和应用提供了崭新的思路。

论文信息

Frenkel Defect-modulated Anti-thermal Quenching Luminescence in Lanthanide-doped Sc2(WO4)3

Dr. Yang Wei, Dr. Yue Pan, Dr. Enlong Zhou, Dr. Ze Yuan, Dr. Hao Song, Dr. Yilin Wang, Dr. Jie Zhou, Jiahui Rui, Mengjiao Xu, Prof. Lixin Ning, Dr. Zhanning Liu, Dr. Hongyu Wang, Prof. Xiaoji Xie, Prof. Xiaobin Tang, Prof. Haiquan Su, Xianran Xing, Prof. Ling Huang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202303482