南京林业大学/浙江科技学院,最新Nature Communications!

上转换（UC）发光材料可将低能量近红外光转换为高能量可见光，凭借颜色可调、光稳定性强、背景荧光低等优势，成为光学防伪、信息存储等领域的核心材料。当前主流 UC 材料聚焦静态发光，难以实现时空维度的动态调控，而高端防伪与高密度存储亟需可动态切换、高对比度、抗疲劳的 UC 发光体系。

现有 UC 调控策略依赖复杂激发条件或特殊材料结构，存在发光对比度低、可逆性差、适用范围窄等问题；且多为单一调控机制，难以兼顾高稳定性与动态响应。铋氧卤化物（BiOX, X=Cl/Br/I）作为光致变色半导体，氧空位（OV）缺陷可诱导可逆光致变色，但与镧系发光体的协同调控机制尚未明确。因此，开发缺陷 - 发光体耦合、简单外场响应、可逆高对比的 UC 动态调控新策略，是领域亟待突破的关键难题。

南京林业大学丁明烨和杨小飞、浙江科技学院Jun Cao在《Nature Communications》上发表了题为“Interplay of oxygen vacancies and lanthanide emitters enables reversible upconversion switching”的研究论文。

1.首创缺陷 - 发光体协同调控机制：首次揭示氧空位（OV）与铒离子（Er³⁺）的相互作用，通过紫外光照 - 水漂白双刺激，实现正交 UC 发光（980 nm→绿光、1532 nm→红光）的可逆开关，开关对比度高达 95%-98%。

2.简单纳米材料体系：在无核壳结构的二维 BiOX 纳米片上，通过缺陷工程引入 OV、掺杂工程引入 Er³⁺，一步水热法制备BiOX:Er³⁺，合成简便、成本低、可规模化。

3.优异可逆性与稳定性：100 次循环后发光无明显衰减，近红外光照射不破坏氧空位，抗疲劳性强、稳定性高，解决传统动态材料循环寿命短的痛点。

4.高安全防伪应用：基于动态发光与光致变色双响应，开发多通道编码、可擦写、高分辨率防伪薄膜，适用于高端票据、品牌溯源、高密度光学存储。

本研究提出氧空位 - 镧系发光体协同调控新策略，在二维 BiOX:Er³⁺纳米材料中，通过紫外光照 - 水漂白双刺激，实现正交上转换发光的可逆开关，开关对比度达 95%-98%、循环稳定性优异。

机制上，表面氧空位作为光致变色活性位点，通过辐射再吸收动态调控 Er³⁺发光，实现发光猝灭与恢复；该机制可推广至 Yb³⁺/Tm³⁺、Yb³⁺/Ho³⁺等镧系掺杂体系。所开发复合薄膜兼具动态发光、光致变色、可擦写特性，为高端防伪、高密度光学存储提供全新材料体系与技术路径。

Interplay of oxygen vacancies and lanthanide emitters enables reversible upconversion switching.Nature Communications.

https://doi.org/10.1038/s41467-026-73187-w