研究背景：

本研究围绕高性能、环境友好的近红外发光材料设计，采用X位点阳离子工程、Fe3+掺杂浓度优化及Li2CO3辅助晶格调制，成功构筑了一系列Fe³⁺激活的La3Sc₂Ga₃O12石榴石宽带近红外荧光粉。通过协同调控局域晶体场环境与晶格缺陷，实现了蓝光响应和近红外发光性能的协同提升。优化后的样品表现出优异热稳定性、可逆光致变色及激发依赖型发光调控特性。进一步与商用蓝光芯片集成后，所制备的NIR pc-LED展现出高效稳定的近红外输出能力，并成功应用于近红外成像与信息加密演示，为多功能近红外光源及先进信息安全期间的发展提供了新的材料设计思路。

文章亮点：

（1）通过X位点阳离子工程，成功构筑了新型无铬、环境友好的La₃Sc₂Ga₃O₁₂:Fe³⁺石榴石型近红外发光体系。

（2）通过精确调控Fe³⁺掺杂浓度，增强d-d禁戒跃迁概率，显著提高蓝光激发效率，实现与商用蓝光LED芯片的高效匹配。

（3）引入Li+辅助晶格调控，降低缺陷诱导的非辐射损耗，进一步提升近红外发光。

（4）优化样品展现出优异的热稳定性，并表现出可逆的光致变色与激发选择性发光特性，可用于多维信息加密与防伪。

（5）基于该荧光粉制备的NIR pc-LED实现高功率输出，并验证其在食品品质监测、夜视成像、静脉识别及无损检测等领域的应用前景。

成果简介：

近红外（NIR）光兼具不可见性、较强组织穿透能力以及特征分子选择性吸收等独特优势，已成为夜视探测、生物医学成像、植物照明、无损检测和信息安全等前沿领域的重要光学资源。随着智能化、便携式和集成化光电子器件的快速发展，兼具高效率、微型化及宽带发射特征的NIR荧光粉转换发光二极管（pc-LEDs）受到广泛关注。目前，Cr³⁺因其独特的3d3电子构型及优异的蓝光吸收能力，被认为是NIR发光领域最具代表性的激活剂之一。然而，Cr³⁺在高温及复杂环境下易发生价态变化，不仅导致非辐射能量损耗，还可能带来潜在生物安全风险，从而制约其实际应用。

相比之下，Fe³⁺凭借3d5半满电子构型以及低成本、环境友好和良好生物相容性等优势，成为新一代NIR发光中心的重要候选。本工作以a₃Sc₂Ga₃O₁₂ (LSGO)为基质，通过阳离子位点工程实现Fe³⁺高效NIR发光。同时，Fe³⁺掺杂浓度优化可有效调控其周围的晶体场环境，促进原本受限的d-d自旋禁戒跃迁过程，增强蓝光吸收能力并提升NIR发光效率。进一步引入Li+辅助晶格缺陷调制，抑制非辐射弛豫，实现NIR发光进一步增强。优化后的样品在423 K条件下仍保持57.45%的室温发光强度，表现出优异热稳定性，并展现出可逆光致变色行为。基于该荧光粉与商用蓝光芯片构筑的NIR pc-LED 在300 mA驱动电流下实现8.13 mW输出功率，其性能优于多数已报道的Fe³⁺掺杂NIR体系，并成功验证了其在食品新鲜度分析、夜视成像、静脉识别及无损检测等场景中的应用潜力。此外，利用材料在紫外和蓝光激发下的差异化发光行为，进一步构筑了双波长响应信息加密系统。本研究提出了一种兼顾高效发光、环境友好与多功能集成的新型Fe³⁺激活型NIR荧光材料的设计策略，为面向新一代集成光电子与智能信息安全系统的宽带NIR材料开发提供了新的研究范式。

图文导读：

图1.XSGO:0.2%Fe³⁺ (X = Lu, Y, Gd, La): (a) XRD patterns, (b) PLE and (c) PL spectra, and (d) Tanabe-Sugano diagram of Fe³⁺ in LSGO and GSGO

图2. (a) Crystal structure of LSGO. (b) DR spectra of LSGO and LSGO:2%Fe³⁺. Inset: Optical bandgap of LSGO. (c) XRD patterns and magnified patterns from 30.5° to 31.5° of LSGO:y%Fe³⁺ (y = 0–4). (d) Rietveld refinement pattern of y = 2 sample. LSGO:y%Fe³⁺ (y = 0.2–4): (e) PLE spectra (monitored at 759 nm), (f) PL spectra under excitation at 288 and 417 nm, (g) normalized intensity and (h) σ2 versus y, and (i) decay curves (λem = 759 nm) under 417 nm excitation

图3. (a) XRD patterns of LSGO:2%Fe³⁺,zwt%Li₂CO₃ (z = 1–7). (b) Rietveld refinement of LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃. LSGO:2%Fe³⁺,zwt%Li₂CO₃ (z = 0–7): (c) PLE, PL spectra under (d) 288–295 nm and (e) 417 nm excitation, and (f) I417 nm/I292 nm versus z. LSGO:2%Fe³⁺, LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃, LSGO:2%Fe³⁺,10wt%Na₂CO₃: (g) PLE (λem = 759 nm), PL spectra under (h) 288 and 417 nm irradiation, and (i) relative intensity versus different flux.

图4.LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃: Temperature-dependent PL spectra under (a) 292 and 417 nm excitation, (b) corresponding integrated intensity, (c) plot of Ln[I0/IT-1] versus 1/kT, and (d) S obtained by fitting temperature-dependent FWHM2 versus 2kT. (e) EL spectra of the as-prepared NIR pc-LED, insets are photographs of the pc-LED under natural light and in its illuminated state without and with a 720 nm optical filter. (f) Output power and photoelectric efficiency versus driving current. (g) Comparison of key performance indicators between LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃ and other Fe³⁺-doped garnet phosphors. (h) NIR output power and I373 K/I303 K of LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃ in reported Fe³⁺-activated NIR phosphors

图 5.LSGO:2%Fe³⁺,3wt%Li₂CO₃: Time-dependent DR spectra after (a) 254 nm irradiation and 365 nm decolorization, (b) ΔR in relation to different means of treatment. (c) EL spectra with and without the fresh and rotten tomato and grape in the integrating sphere. Images of (d–e) a Temple of Heaven ornament, (f–g) a hand and (h–i) a capsule containing an iron nail illuminated by a fluorescent lamp or a NIR pc-LED. Flower pattern after exposure to (j) 254 nm and (k) 365 nm for 3 min. (l) Dual-wavelength excitation information encryption mode

论文信息：

A Multifunctional Fe³⁺-Activated Garnet Phosphor Enabling Near-Infrared Imaging and Photochromic Information Encryption

Siyu Guo, Chao Tang, Rongfei Wei*, Xiangling Tian*, Fangfang Hu, and Hai Guo*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.71358

原文链接：http://doi.org/10.1002/adom.71358

期刊介绍

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。