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Synthesis and Emission Dynamics of Sub-3 nm Upconversion Nanoparticles

  • Reducing the size of upconversion nanoparticles (UCNPs) down to a few nm yields luminescent materials containing a very small number of emitters. Considering the bottom limit of one activator per particle ultrasmall UCNPs offer an unprecedented platform to study the contributions of the energy transfers at play in upconversion luminescence. Maintaining detectable emission despite the limited number of emitting ions and the high surface-to-volume ratio requires suitable particle architectures. Na(Gd-Yb)F4:Tm3+ emissive sub-3 nm diameter 𝜷-phase UCNPs are prepared using a gadolinium-rich composition in situ mixing of the precursors and a microwave high-temperature cycling sequence allowing precise control of the particle size and dispersity. These cores are coated with a NaGdF4 inert shell to minimize the deleterious influence of surface quenching (SQ). Time-resolved luminescence measurements combining standard NIR excitation of the Yb3+ sensitizer and direct UV excitation of theReducing the size of upconversion nanoparticles (UCNPs) down to a few nm yields luminescent materials containing a very small number of emitters. Considering the bottom limit of one activator per particle ultrasmall UCNPs offer an unprecedented platform to study the contributions of the energy transfers at play in upconversion luminescence. Maintaining detectable emission despite the limited number of emitting ions and the high surface-to-volume ratio requires suitable particle architectures. Na(Gd-Yb)F4:Tm3+ emissive sub-3 nm diameter 𝜷-phase UCNPs are prepared using a gadolinium-rich composition in situ mixing of the precursors and a microwave high-temperature cycling sequence allowing precise control of the particle size and dispersity. These cores are coated with a NaGdF4 inert shell to minimize the deleterious influence of surface quenching (SQ). Time-resolved luminescence measurements combining standard NIR excitation of the Yb3+ sensitizer and direct UV excitation of the Tm3+ activator are performed to quantify cross relaxation and surface quenching processes. The fine tuning of the number of activators per particle via an optimized synthesis pathway along with the use of an appropriate excitation scheme enabled to provide an accurate analysis of the different mechanisms at play in these model nanoparticles and to characterize the structure of the core-shell architecture.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:B. Amouroux, A. Eftekhari, C. Roux, J. Micheau, P. Roblin, M. Pasturel, F. Gauffre, Christian Würth, Ute Resch-GengerORCiD, M. Sliwa, A. Bouchet, C. Coudret
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Advanced Optical Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.2 Biophotonik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Aufsatznummer:2303283
Erste Seite:1
Letzte Seite:13
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
Freie Schlagwörter:Energy transfer; Lanthanide; Luminescence; Nanoparticle; Photophysics; Quality assurance; Quantitative spectroscopy; Quantum yield; Surface modification; Synthesis
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Material
Material / Nano
Umwelt
Umwelt / Sensorik
DOI:10.1002/adom.202303283
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-606877
ISSN:2195-1071
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:25.07.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:25.07.2024
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