Enhancing multiphoton upconversion through interfacial energy transfer in multilayered nanoparticles

光子上转换 材料科学 激活剂(遗传学) 镧系元素 纳米颗粒 发光 量子产额 猝灭(荧光) 兴奋剂 光电子学 激发 纳米晶 光化学 生物光子学 荧光 纳米技术 离子 化学 光学 光子学 物理 基因 有机化学 量子力学 生物化学
作者
Bin Zhou,Bing Tang,Chuang Zhang,Changyun Qin,Zhanjun Gu,Ying Ma,Tianyou Zhai,Jiannian Yao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 1174-1174 被引量:214
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14879-9
摘要

Abstract Photon upconversion in lanthanide-doped upconversion nanoparticles offers a wide variety of applications including deep-tissue biophotonics. However, the upconversion luminescence and efficiency, especially involving multiple photons, is still limited by the concentration quenching effect. Here, we demonstrate a multilayered core-shell-shell structure for lanthanide doped NaYF4, where Er3+ activators and Yb3+ sensitizers are spatially separated, which can enhance the multiphoton emission from Er3+ by 100-fold compared with the multiphoton emission from canonical core-shell nanocrystals. This difference is due to the excitation energy transfer at the interface between activator core and sensitizer shell being unexpectedly efficient, as revealed by the structural and temperature dependence of the multiphoton upconversion luminescence. Therefore, the concentration quenching is suppressed via alleviation of cross-relaxation between the activator and the sensitizer, resulting in a high quantum yield of up to 6.34% for this layered structure. These findings will enable versatile design of multiphoton upconverting nanoparticles overcoming the conventional limitation.

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