【南林新闻中心讯】近日，我校理学院教师在化学领域国际知名期刊《Journal of the American Chemical Society》(IF=15.7) 发表题为“Origin of the Unusual Narrowband Near-Infrared Emission from Cr3+ Doped Oxides”的研究论文(论文链接: https://doi.org/10.1021/jacs.6c00117)。我校为第一完成单位，理学院肖宇副教授为第一作者，该研究工作得到国家自然科学基金等项目资助。

近红外(NIR)光是诸多光学与光子学应用的基础。三价铬离子(Cr3+)作为优异的近红外发光体，可被宽带蓝光高效激发。尽管通过晶体场工程可大幅调控其4T2 → 4A2跃迁的宽带近红外发射，但2E → 4A2跃迁的窄带(R线)发射通常局限于690 nm附近的远红光区域，相关研究较为薄弱。本研究在Cr3+掺杂的SrM12O19 (M = Al, Ga)磁铅石型氧化物中发现的异常近红外R线发射(>750 nm)，源于一种独特的孤立Cr3+中心，该中心具有极强的Cr3+–O2-键共价性。实验与计算结果共同表明，Cr–O–M5/Sr的大键角以及邻近阳离子的诱导效应，在调控Cr3+–O2-共价相互作用、进而决定激发态Cr3+辐射跃迁路径的2E能级相对能量位置方面发挥着关键作用。

通过对低掺杂样品的结构与光谱学研究，研究团队明确指认该窄带近红外发射中心为占据八面体M5格位的孤立Cr3+离子。2E → 4A2跃迁的发射波长在767 nm，在以离子性为主的氧化物基质中前所未有，其根源在于M5格位的M3+–O2-键具有异常强的共价性。大键角增强的共价特性降低了2E能级位置，而邻近阳离子的强诱导效应使得该能级对基质阳离子亦敏感。上述结果全面揭示了Cr3+激活材料的发光机理——4T2与2E能级的相对位置是调控其光致发光特性的决定性参数。与前期聚焦宽带近红外发射的研究不同，本工作例证了通过增强Cr3+–O2-键共价性，可实现窄带近红外发射且具有更长荧光寿命的材料。关于键角与邻近阳离子如何共同影响局域键共价性的完全定量理解仍是有待解决的科学问题，未来需开展更多基础研究以挖掘Cr3+在发光二极管、激光器、传感器等领域的应用潜力。