上转换发光是一种将多个较长波长的光子转换为一个较短波长的光子的反斯托克斯（Anti-Stokes）发光光物理过程，其在光催化、生物成像、光动力治疗、光伏等领域具有重要应用。主要的光子上转换方法分别为镧系离子的4f-4f跃迁和有机分子的三重态-三重态湮灭(TTA)，但各自存在着发光波长固定或反斯托克斯位移较小的问题。

近日，浙江大学邓人仁课题组提出了一种创新的光子上转换机制。该研究采用镧系离子纳米晶（NaGdF₄: Nd³⁺）作为光敏化剂，通过级联的镧系-三重态能量传递，实现了808 nm近红外光激发下的多种有机染料分子上转换发光，反斯托克斯位移达到了1.1 eV。

在这一过程中，镧系纳米晶表面负载的三重态能量传递分子（如TCPP）发挥着关键作用，满足了镧系离子对能量传递的近距离需求，从而实现了由镧系纳米晶的4f激发态到溶液中游离分子的三重态的长距离能量传递。

研究发现，当级联能量传递中的第二步三重态-三重态能量传递速率较低时，纳米晶表面负载的三重态能量传递分子体现出显著的能量回传，在纳米晶表面包覆薄惰性壳层（厚度小于1 nm）能够在抑制表面分子能量回传与纳米晶表面淬灭的同时提高系统的上转换发光强度。而在三重态-三重态能量传递速率较高的情况下，表面分子能量回传不显著，惰性壳层会显著抑制系统的上转换发光强度。

此外，该研究验证了镧系纳米晶敏化的有机光子上转换过程在光催化聚合反应中的应用，具备在3D打印中实现对聚合反应的空间调控的应用潜力，采用近红外光激发也利于在多种聚合物材料中实现良好的穿透性。

这一级联能量传递机制不仅兼具了镧系纳米晶的光稳定性和有机分子的波长可调性，还拓展了有机分子上转换敏化的思路，为镧系纳米晶与有机分子界面能量传递研究提供了新的方向。

Cascade Lanthanide-Triplet Energy Transfer for Nanocrystal-Sensitized Organic Photon Upconversion

Zhijie Ju, Prof. Renren Deng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202422575