Photon management properties of Yb-doped SnO2 nanoparticles synthesized by the sol–gel technique

文献情報

出版日 2019-09-11
DOI 10.1039/C9CP01993F
インパクトファクター 3.676
著者

Karima Bouras, Guy Schmerber, Damien Aureau, Hervé Rinnert, Jean-Luc Rehspringer, Dris Ihiawakrim, Aziz Dinia, Abdelilah Slaoui, Silviu Colis


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要旨

SnO2 is a transparent large band gap semiconductor, particularly interesting for optoelectronic and photovoltaic devices, mainly because its conduction can be easily tuned by doping or by modulating the amount of oxygen vacancies. Besides, rare earth doping was successfully exploited for up conversion properties. Here we report on the functionalization of SnO2 nanoparticles with optically active Yb3+ ions using the sol–gel method, which allows UV to NIR spectral (down) conversion. As starting solutions we used stable non-alkoxide metal–organic compounds, which is rather uncommon. Transmission electron microscopy analysis demonstrated the formation of small well-crystallized nanoparticles while X-ray photoelectron spectroscopy measurements have revealed that the Yb is well inserted in the host matrix and has a 3+ valence state. All nanoparticles present large absorption in the UV-visible range (250 to 550 nm) and a band gap that decreases down to 2.72 eV upon doping. The UV energy converted into NIR on the basis of efficient energy transfer from SnO2 to the Yb3+ ions ranges between 250 and 400 nm. Reference undoped SnO2 nanoparticles with a mean size of 20 nm allow converting UV light into broad visible emission centered at 650 nm. The incorporation of up to 3.5 at% of Yb3+ ions into the SnO2 host matrix results in a spectacular decrease of the nanoparticle size down to 6.6 nm. This allowed also the shift of the photoluminescence to NIR in the 970–1050 nm range. The energy level structure of Yb3+ in SnO2 was successfully determined from the deconvolution of the Yb emission. This emission is significantly enhanced by increasing the doping level. All optical measurements suggest that these nanoparticles can be efficiently used as down-shifting converters.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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