导读

紫外光在医疗健康、先进制造和环境治理等领域具有不可替代的应用价值。然而，当前高效稳定的紫外发光仍主要依赖汞灯等传统光源，尤其是在深紫外波段，材料体系的发展明显滞后。近年来，金属离子（如稀土离子Pr³⁺、Gd³⁺、Ce³⁺及主族金属离子Bi³⁺、Pb²⁺）掺杂的无机紫外发光材料，凭借其独特的电子跃迁机制、优异的发光稳定性和可调的发射波长，逐渐成为新一代紫外光源的重要候选体系。紫外长余辉、上转换和力致发光等新型发光模式的不断发展，也进一步拓展了无机紫外光源的功能边界。近日，山东大学梁延杰教授团队与东北师范大学刘峰教授、美国南佐治亚大学王笑军教授合作，在国际顶尖光学期刊《Light: Science & Applications》发表题为“Beyond the visible: metal-ion-doped inorganic UV phosphors for advanced photonics”的综述论文。该综述系统梳理了金属离子掺杂无机紫外发光材料的发展历程与最新进展，重点总结了紫外长余辉、紫外上转换和紫外力致发光材料的发光机制与研究现状，并对不同波段紫外发光材料的功能特点、应用场景及未来发展方向进行了深入分析。

研究内容

无机紫外发光材料在光电子学、环境科学及生物医学等领域展现出广阔的应用前景，但其发展仍面临若干关键科学问题。首先，材料体系有待进一步拓展，高效稳定的紫外发光中心，尤其是深紫外发光离子种类依然十分有限。其次，激发方式存在明显局限，传统紫外长余辉材料通常依赖X射线或深紫外光等高能辐射进行充能，严重制约了其在实际环境中的应用。再次，发光机理尚不完全清晰，长余辉发光、上转换发光及力致发光等多种物理过程并存，不同机制之间的内在关联及协同调控策略仍缺乏系统性认识。

针对上述问题，国内外学者围绕金属离子掺杂无机宽带隙材料开展了大量探索。通过能带工程设计、陷阱能级调控以及核壳结构构筑等策略，在紫外长余辉持续时间、上转换发光效率以及力致发光的自恢复性与稳定性等方面取得了显著进展。然而，目前仍缺乏能够覆盖UVA、UVB和UVC全紫外波段，并贯通紫外长余辉、上转换及力致发光等多种机制的系统性综述，这在一定程度上限制了紫外发光材料设计的整体性与前瞻性。

在本综述中，研究团队从“发光模式”和“发射波长”两个维度出发，对金属离子掺杂无机紫外发光材料进行了系统梳理。文章首先阐明了紫外发光的基本物理机制，随后围绕不同发光模式，分别总结了紫外长余辉发光材料（按UVA/UVB/UVC分类分析其陷阱结构与余辉性能）、紫外上转换发光材料（重点讨论双光子及多光子过程）以及新兴紫外力致发光材料（聚焦陷阱控制型与摩擦起电诱导力致发光机制）的研究进展。此外，文章还基于发射波长，归纳了紫外发光材料在不同应用场景中的功能特点与应用潜力。最后，研究团队深入分析了该领域面临的关键科学问题，并对未来重点发展方向进行了展望。

图：金属离子掺杂无机紫外发光材料的研究进展与应用。

总结与展望

本综述系统梳理了金属离子掺杂无机紫外发光材料的最新进展，从“发光模式”与“发射波长”两个维度，对UVA、UVB及UVC不同紫外波段材料进行了综合对比分析。然而，面向实际应用，相关材料在激发条件、发光效率及波长调控等方面仍有待提升。未来研究可重点围绕以下方向展开：一是拓展材料体系，构建系统化紫外发光数据库，并引入机器学习辅助材料筛选、性能预测和陷阱能级设计，实现高效稳定的深紫外发光；二是发展低能光激发策略，降低材料对高能激发源的依赖，推动器件向小型化与便携化发展；三是进一步提升紫外发光效率并实现精细光谱调控；四是探索光、热、力、电多场耦合响应的紫外发光材料体系，重点推进自恢复紫外力致发光研究，以拓展其在柔性电子、先进传感、结构健康监测以及日盲紫外光学标记等领域的应用潜力。（来源：LightScienceApplications公众号）

相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41377-026-02276-8