对于磁光双功能一维纳米结构，当发光物质和深色磁性物质彼此直接接触时，磁性物质可以产生荧光猝灭效应和对激发和发射光的强烈吸收，导致磁光双功能材料的发光强度大大减弱。因此，有必要设计和构建新的一维纳米结构，在微观尺度上有效地分离发光物质和磁性物质以完全避免这种直接接触，从而获得更好的发光性能。

近日，长春理工大学董相廷教授团队在期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上，发表了最新研究成果“Wire-in-tube Nanofiber as One Side to Construct Specific-shaped Janus Nanofiber with Improved Upconversion Luminescence and Tunable Magnetism”。研究者受管套线结构和并行电纺技术的启发，通过并行电纺和双坩埚氟化相结合的新技术合成了[YF₃:Yb³⁺, Er³⁺@SiO₂]//CoFe₂O₄ 管套线纳米纤维//纳米纤维结构的Janus纳米纤维（WJNF），避免了磁性和发光物质直接接触导致的荧光猝灭，实现了增强的上转换发光。此外，该技术不需要任何额外的保护气体，并且能够同时形成SiO₂、稀土氟化物、管套线纳米纤维、Janus纳米纤维和磁性CoFe₂O₄ 。这种利用一锅法原位合成这种特殊Janus纳米纤维的先进技术，不仅可以避免复杂的静电纺丝制备过程和后处理过程，而且可以大大提高发光性能。

图1为目标样品WJNF和对比样的制备流程图。WJNF由一侧的YF₃:Yb³⁺, Er³⁺@SiO₂管套线纳米纤维和另一侧的CoFe₂O₄纳米纤维组成(如图2)。这种特别设计的1D纳米结构完全避免了发光物质和磁性物质之间的直接接触，实现了增强的上转换发光，并同时具有可调节的磁性。作者提出了WJNFs的形成机理，并建立了相应的简便构建技术，避免了复杂的过程，为其他多功能纳米材料的设计和制备提供了理论指导和技术支持。

图1：目标样品WJNF（A）和对比样JNF（B）、HNF（C）的制备流程示意图。

图2：(a) [RE(NO₃)₃+TEOS+PVP]//(金属硝酸盐+PVP) Janus纳米纤维，(b)低倍和(c)高倍的WJNFs的SEM照片。

图3：不同CoFe₂O₄含量的WJNFs的上转换发射光谱(a)和CIE色度坐标图(b)；上转换发射光谱随泵浦功率的变化(c)和WJNFs-2.0的UCL强度与泵浦功率(d)的双自然对数图。

随着磁性物质CoFe₂O₄含量的升高，WJNFs的上转换发光强度随之逐渐减弱。WJNFs的发射光为绿色荧光，在525、540和659 nm处的发射峰分别对应Er³⁺的2H_11/2→4I_15/2、4S_3/2→4I_15/2和4F_9/2→4I_15/2跃迁。其上转换发射过程为双光子过程(图3)。

图4：样品的上转换发射光谱(a)，WJNFs、JNFs和HNFs的发光机制示意图(b)。

发光性能的比较表明，与对比样品JNFs和HNFs相比，特别设计的WJNFs更具结构优势和更好的发光性能。本工作中针对磁性发光双功能Janus纳米纤维的发光区，采用特殊设计的管套线结构的发光纳米纤维，可以完全分离发光物质和磁性物质，避免了铁氧体对稀土发光物质的荧光猝灭效应，从而获得增强的上转换发光性能(图4)。同时，通过调节磁性物质CoFe₂O₄的含量，获得了可调的磁性(图5)。

图5：不同CoFe₂O₄含量的HNFs、JNFs和WJNFs的磁滞回线。

长春理工大学在读博士生盛宇奇为该项研究成果的第一作者。设计理念和制备技术对开发多功能一维纳米材料具有重要作用，制备的WJNFs在照明和显示、双模成像、催化、药物负载和释放等领域具有潜在的应用前景。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.10.123

人物简介：

董相廷，长春理工大学化学与环境工程学院教授，博士，博士生导师。从事纳米材料与技术研究，主要研究方向为：电纺技术构筑光电磁多功能一维纳米结构材料与特性研究；电纺技术构筑稀土化合物一维纳米材料与发光性能研究；电纺、水热与溶剂热等及其结合技术构筑低维纳米材料与表征，并将所构筑的低维纳米材料应用于光催化分解有机污染物、光催化分解水制氢、电催化析氢和析氧、锂离子电池、锂硫电池、超级电容器和气体传感器中。以第1名获吉林省技术发明一等奖1项、技术发明二等奖1项、自然科学二等奖1项；以通讯作者在Adv. Funct. Mater., Small, Renew. Sust. Energ. Rev., Chem. Eng. J., ACS AMI, Compos. Sci. Technol., Sensor Actuat B: Chem, J. Mater. Chem. C, Nanoscale等国际重要期刊发表论文300余篇；获授权国家发明专利100余件；研究成果引起领域内同行的高度关注。