多孔結構因在構筑功能材料方面的特殊用途引起了人們的廣泛興趣，并在藥物傳遞、催化、分子篩選以及能量存儲等方面取得了獨特的應用。多孔材料大多采用犧牲模板法或利用不等量擴散效應制備，采用這些方法通常難以獲得高質量的單晶材料并精確控制摻雜離子的分布，從而限制了光學領域的應用。因此制備結晶度完好，摻雜均勻的空心微米棒，并研究空腔結構對材料光學性能的調控是目前的一個重要挑戰。
近日，香港城市大學物理及材料科學系王鋒教授（點擊查看介紹）和合作者采用水熱法制備了鑭系離子摻雜中空的NaYbF4微米棒，并系統研究了空腔結構對上轉換發光的增強效應。作者首先研究了空心微米棒的形成機理，發現其形成源于奧氏熟化過程以及不同晶面生長速度的差異。該微米棒在光學顯微鏡下即可分辨出中空結構，在近紅外激光照射下，鑭系離子摻雜的中空NaYbF4微米棒會產生明暗不均的上轉換發光圖案。通過理論模擬和光譜測試，他們探明了這種明暗不均的發光現象是由于入射激發光在孔隙界面產生的反射和散射，從而使得光場強度在孔結構附近放大。另外，他們可以通過調節反應物與螯合劑的比例來控制產物的形貌，例如控制微米棒的粗細和長短、空腔的閉合和開放等。他們還在此基礎上發展了內壁外延生長技術，實現了在單個微米棒上進行多色的熒光編碼。該結果為多孔材料的一步合成及上轉換材料的應用提供了新的思路。
相關結果發表在Angewandte Chemie International Edition 上，并被選為very important paper，以雜志內封面的形式作為亮點報導。文章的第一作者為博士生陳冰。
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