长余辉发光材料受到高能射线、紫外线或短波长可见光辐射时,可将部分能量存储于材料的陷阱中，随后缓慢发射光子产生持续发光。长余辉材料独特的延迟发光特性使其广泛应用于生物荧光成像、光学信息存储和光学防伪等领域。Bi离子（Bi3+，Bi2+）是长余辉发光材料中有前景的非稀土激活剂。针对该领域的研究重点在于调节宿主结构和缺陷，以获得高强度的发光或可调谐的激发和发射波段，以适应不同的应用场景。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所王家成研究员和刘茜研究员团队对Bi离子激活的余辉材料开展了研究，并取得了系列进展。
团队利用第一性原理计算结合高通量组合制备与快速表征平台筛选出最优Bi掺杂量的MgGa2O4:Bi3+。热释光曲线/EPR/XPS证实了体系内存在多个缺陷诱导的陷阱能级，并探究了MgGa2O4:Bi3+在光信息存储方面的应用。相关研究成果发表在Ceram. Int., 2022, 48, 19141–19149。团队还将Bi3+引入具有准层状晶格的BaGa2O4基质中，以形成双发射中心。BaGa2O4:Bi3+可实现动态且随温度变化光致发光及外部热刺激下的可调谐余辉发光。该研究进一步提出了动态发光的物理机制，并开发了基于多色发射行为的四重防伪应用展示，验证了多模光信息读写概念的可行性。相关研究成果发表在J. Am. Ceram. Soc., 2022, 105, 6241–6251。
在此基础上，该团队还综述了Bi激活余辉材料的调控策略和最新进展。包括Bi离子的基本构型及Bi激活余辉材料在波长上的分类（紫外线/可见光/近红外），强调利用局部结构调整对发光的调控策略，包括缺陷工程和理论预测。综述了Bi激活余辉材料在光信息存储、X射线成像、应力感应、防伪、光催化等领域的应用潜力，并提出未来的挑战和对Bi激活余辉材料的展望。该综述为未来设计具有可调控特性的多样化余辉材料提供了指导，以面向多种应用领域。该综述以“Bismuth-Activated Persistent Phosphors”为题发表于Adv. Opt. Mater., 2022, 2201827。
该系列研究的第一作者为上海硅酸盐所2020级硕士生唐扬敏。研究工作得到了国家自然科学基金委，上海市自然科学基金和上海市优秀学术带头人等项目的资助和支持。
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027288422200997X
https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.18587
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202201827
(A) BaGa2O4:Bi在不同温度下的光致发光及相应的余辉发光颜色；(B) 防伪应用概念图；(C) 通过智能手机扫描二维码获得 "SICCAS "信息的概念图
Bi激活余辉材料的波长范围、设计策略和潜在应用
