Structural Rigidity Control toward Cr3+-Based Broadband Near-Infrared Luminescence with Enhanced Thermal Stability

荧光粉 发光 热稳定性 红外线的 材料科学 近红外光谱 发光二极管 光谱学 密度泛函理论 光电子学 化学 光学 物理 有机化学 量子力学 计算化学
作者
Gaochao Liu,Maxim S. Мolokeev,Zhiguo Xia
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (3): 1376-1384 被引量:134
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c04131
摘要

Broadband near-infrared (NIR) light sources based on phosphor-converted light-emitting diodes (pc-LEDs) are desirable for biochemical analysis and medical diagnosis applications; however, the development of target NIR phosphor is still a challenge. Herein, broadband NIR phosphors, Cr3+-activated CaSc1–xAl1+xSiO6 (λem = 950 nm), are designed and optimized by chemical substitution toward enhanced quantum efficiency and thermal stability. Structural and spectral analyses along with density functional theory calculations reveal that Sc3+/Al3+ substitution contributes to enhancing the structural rigidity and the local symmetry of the [Sc/AlO6] octahedron so that the nonradiative relaxation of Cr3+ emission centers is suppressed significantly. The as-fabricated phosphor-in-glass-based NIR LED light source demonstrates great potential in the detection of alcohol concentration. This study provides a local structure design principle for exploring NIR phosphors with enhanced thermal stability and will also stimulate further studies on material discovery and quantitative analysis of NIR spectroscopy.
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