国家自然科学奖推荐书-吉林省科学技术厅.doc

项目名称：近红外低能量光子激发宽禁带半导体的研究 三、项目简介 本项目研究了用低能量光子激发宽禁带半导体的问题，首次实现了用红外光激发TiO2宽禁带半导体，。将光催化波长推向长波波段的研究一直是光电子材料学、发光学、化学和环保领域的前沿和热点，几十年来各国科学家投入了大量的精力以寻求根本性的突破；。 围绕着如何利用低能光子激发宽禁带半导体这一重要科学问题，本项目从物理机制到荧光动力学过程、从多光子上转换发光到高能激发态的产生、从电子跃迁到能量传递、从简单材料到复合型功能材料制备，展开了多层次、多角度深入系统的研究，提出了新的概念，发现了新的物理现象，创造了记录，阐明了其中的客观规律，开启了新的研究方向，获得了多项重大突破。项目以“宽禁带半导体的低能光子激发”为科学目标，围绕“技术路线设计－复合结构材料合成－高阶多光子过程实现－宽禁带半导体激发－红外光催化”研究主线，在新的物理机制探索、新材料的设计中强调对客观规律的发现，强调自主创新与原始性突破，强调引领研究领域的新方向。主要点如下： (1) 提出并实现了红外光激发宽禁带半导体的物理思想。利用多光子光频上转换技术，将具有强紫外发射的光频上转换材料与宽禁带半导体复合在一起，实现了红外光激发宽禁带半导体和红外光光催化的物理思想；发现了红外光催化的主要物理机制为受激镧系离子向宽禁带半导体的能量传递。开启了红外光光催化的研究方向，在国际上率先将原有可催化波长由可见光谱区拓展到了红外光谱区。 (2) 提出了利用金纳米晶非共振场增强效应降低光频上转换激发阈值的物理思想；在实验上率先实现了低激发阈值的紫外上转换发光，比普通上转换材料的激发阈值降低了一个数量级，实现了上转换荧光高达109倍的增强。低阈值上转换材料的研制成功对于提高太阳能电池效率和促进上转换发光用于宽禁带半导体激发、红外光催化、生物荧光检测和光动力学治疗有着重要意义。 (3) 发现了极高阶多光子上转换发光现象，在国际上率先实现了6光子的上转换发光，有效地将980 nm的近红外光通过极高阶多光子上转换过程转换成了真空紫外光。首次实现了近红外光激发下的Gd3+、Eu3+离子的上转换发光，发现了 Eu3+离子5HJ、5GJ等“非常规能级”的辐射跃迁，为研究这些能级提供了可行的途径；率先实现了11个光子的极高阶多光子上转换发光，目前仍保持着最高光子阶数的纪录。在此基础上，研制出高亮度上转换白光材料。2008年4月1日至2012年12月31日，本项目共发表相关研究的SCI论文195篇；8篇代表性论文被SCI他人引用513次；其中，单篇SCI他引114次；20被SCI他人引用857次；项目获得国家发明专利授权5项；相关研究工作多次被Nat. Photonics等期刊和著名学者引用和评价。 、推荐单位意见 （推荐不填此） 吉林省 通讯地址 吉林省 长春市 民康路522号 邮政编码 130041 联 系 人 杨松川 联系电话 0431 电子邮箱 kjtysc@126.com 传 真 0431 推荐意见： 该项目研究了低能光子激发宽禁带半导体问题，提出了新的概念，发现了新的物理现象，创造了新的研究记录，揭示并阐明了其中的客观规律，促进了新研究方向的诞生，获得了多项重大突破。主要成果如下： 1、提出并实现了低能光子激发宽禁带半导体的物理思想。实现了TiO2的低能光子激发和红外光光催化；首次将光催化波长拓展到了红外光谱区；进而促成了基于宽禁带半导体的红外光制氢、红外光伏、红外光动力学治疗、红外光降解等研究方向。 2、发现了光频上转换的非共振场增强效应，提出了利用该效应降低上转换激发阈值的物理思想；实现了紫外上转换荧光高达109倍的增强。发现了NaLuF4是比NaYF4更加优异的紫外上转换基质材料，促进了上转换技术在多个领域的应用研究。 3、首次实现了Gd3+离子和Eu3+离子的上转换发光；获得了近红外光激发下的真空紫外发射；发现了Tm3+和Eu3+离子的非常规能级的辐射跃迁；在国际上率先实现了6、7、8…11个光子的高阶多光子上转换发光，目前仍保持此项研究的最高光子数记录。 相关研究工作多次被国际权威科学期刊和国际著名学者引用和正面评价，其创新性和首创性得到国际同行的认可，显著地推动了相关研究领域的发展。 认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，并按照要求，对该项目的基本情况进行了公示，目前无异议。 声明： 法人代表签名：推荐单位（盖章） 年 月 日 年 月 日 五、 本项目8篇代表性论文，SCI他引513次；20篇主要论文SCI他引857次，获得相关发明