Successful further development of superhigh-constrast upconversion (UC) bioimaging requires addressing the existing paradox: 980 nm laser light is used to excite upconversion nanoparticles (UCNPs), while 980 nm light has strong optical absorption of water and biological specimens. The overheating caused by 980 nm excitation laser light in UC bioimaging is computationally and experimentally investigated for the first time. A new promising excitation approach for better near-infrared to near-infrared (NIR-to-NIR) UC photoluminescence in vitro or in vivo imaging is proposed employing a cost-effective 915 nm laser. This novel laser excitation method provides drastically less heating of the biological specimen and larger imaging depth in the animals or tissues due to quite low water absorption. Experimentally obtained thermal-graphic maps of the mouse in response to the laser heating are investigated to demonstrate the less heating advantage of the 915 nm laser. Our tissue phantom experiments and simulations verified that the 915 nm laser is superior to the 980 nm laser for deep tissue imaging. A novel and facile strategy for surface functionalization is utilized to render UCNPs hydrophilic, stable, and cell targeting. These as-prepared UCNPs were characterized by TEM, emission spectroscopy, XRD, FTIR, and zeta potential. Specifically targeting UCNPs excited with a 915 nm laser have shown very high contrast UC bioimaging. Highly stable DSPE-mPEG-5000-encapsulated UCNPs were injected into mice to perform in vivo imaging. Imaging and spectroscopy analysis of UC photoluminescence demonstrated that a 915 nm laser can serve as a new promising excitation light for UC animal imaging.

We demonstrate that tridoping with Li+ ions enhances the visible green and red upconversion (UC) emissions in Er3+/Yb3+-codoped Y2O3 nanocrystals by up to half of the bulk counterpart, i.e., about 2 orders of magnitude higher than previous results. X-ray diffraction and decay time investigations give evidence that tridoping with Li+ ions can tailor the local crystal field of the Y2O3 host lattice. Theoretical calculations illustrate well that a significant UC intensity enhancement arises from the synthesized tailoring effect induced by the Li+ ions, which increase lifetimes in the intermediate 4I11/2 (Er) and 2F5/2 (Yb) states, increase optically active sites in the Y2O3 host lattice, and dissociate the Yb3+ and Er3+ ion clusters in the nanocrytals. The general theoretical description of the visible UC radiations shows that the Yb3+ ion sensitization and the tailoring effect induced by the Li+ ions are two independent enhancement mechanisms, which is expected to lead to an increasing number of photonic and biomedical applications in the future.

An optical temperature sensor based on the upconversion luminescence of Tm3+ has been developed. Under a 980 nm diode laser excitation, the fluorescence intensity ratio (FIR) between 700 (Tm3+:3F2,3 → 3H6) and 800 nm (Tm3+:3H4 → 3H6) upconversion emissions from Tm3+/Yb3+ codoped oxyfluoride glass ceramic was studied as a function of temperature in the range of 293–703 K. The 3F2,3 and 3H4 states of Tm3+ are verified to be thermally coupled levels. By using FIR technique, the sensitivity for detecting temperature variations achieved here is better than previous reported rare earth ions fluorescence based temperature sensors. With the advantages of intense upconversion luminescence and absolutely separated 700 and 800 nm emission bands, the Tm3+/Yb3+ codoped oxyfluoride glass ceramic is a very promising candidate for accurate optical temperature sensors with much higher sensitivity and resolution.

Under 980 nm diode laser excitation, efficient upconversion emissions from the Ho3+/Yb3+ codoped CaWO4 phosphor were obtained. The upconversion quantum efficiency was evaluated to be about 3.3% when the power density of the excitation laser was 47 W/cm2. Additionally, temperature dependent blue emissions from the 5F2,3/3K8 and 5G6/5F1 states of Ho3+ ions were studied in the range of 303–923 K. The result demonstrated that using the ratio between the blue luminescence intensities of Ho3+ ions, the sensitivity and the accuracy for optical thermometry achieved here are superior to the previously reported Er3+ green fluorescence based optical temperature sensors.

The understanding of how radiative transition probabilities change with temperature is crucial for comprehending the relationship between fluorescence behavior and temperature. However, although various models have been proposed to explain the patterns of transition probabilities (A) with temperature changes, they lack consistency due to their derivation from distinct microscopic perspectives. In this study, the macroscopic law of the temperature-dependent A for the 4G5/2, 4F9/2, and 5D0 energy states in YVO4:Re3+(Re3+=Sm3+, Dy3+ and Eu3+) was obtained. Three rare earth ions (Re3+) were identified for each with unique energy level properties conducive to validating the general rules of A. These ions share a common characteristic: in the visible spectrum, their main emissions originate from the radiative transitions from the same higher energy level (4G5/2 in Sm3+, 4F9/2 in Dy3+, and 5D0 in Eu3+) to lower energy levels, respectively. The A of the main emission levels, varying with T, were obtained by fitting the fluorescence decay curves. The exponential law governing non-radiative transitions was revealed after separating the radiative transition rate (WR) from A. The macroscopic law of temperature-dependent transition probabilities of 4G5/2, 4F9/2, and 5D0 energy states in YVO4:Ln3+ (Ln3+=Sm3+, Dy3+ and Eu3+) has been found to follow the Boltzmann distribution. The results indicate that the non-radiative transitions of the main emission levels of the rare-earth ions are processes from the excited state to adjacent lower energy levels. This macroscopic pattern may serve as a foundational rule for understanding the impact of microscopic factors on A.

In this work, FeCoNi alloys embedded in carbon shell is synthesized by pyrolyzing ZIF-L with FeCl3 and NiCl2 as the additives. The study demonstrates that the catalyst ZIF-L-0.45Fe 0.15Ni-800, obtained with a Fe/Ni ion ratio of 3:1, exhibits superior oxygen reduction reaction (ORR) performance. In comparison to the direct pyrolysis of ZIF-L, the ZIF-L-0.45Fe0.15Ni-800 catalyst displays increased nitrogen content, enhanced degree of graphitization, larger specific surface area, and a hierarchical porous structure with FeCoNi alloys, all contributing to its improved ORR performance. The ZIF-L-0.45Fe0.15Ni-800 catalyst demonstrates comparable on-set potential and half-wave potential to commercial Pt/C (1.04 V and 0.86 V, respectively), with values of 0.98 V and 0.84 V, respectively. Following 7500 CV tests, the half-wave potential of ZIF-L-0.45Fe0.15Ni-800 only is decreased by 10 mV, outperforming commercial Pt/C which experiences a decrease of 31 mV. In addition, ZIF-L-0.45Fe0.15Ni-800 exhibits much higher methanol tolerance than commercial Pt/C. The maximum power density of the zinc air battery with ZIF-L-0.45Fe0.15Ni-800 as the cathode catalyst (120 mW cm−2) is equivalent to that with commercial Pt/C as the cathode catalyst (126 mW cm−2).

High-entropy alloys (HEAs) have attracted considerable attention, owing to their exceptional characteristics and high configurational entropy. Recent findings demonstrated that incorporating HEAs into sulfur cathodes can alleviate the shuttling effect of lithium polysulfides (LiPSs) and accelerate their redox reactions. Herein, we synthesized nano Pt0.25Cu0.25Fe0.15Co0.15Ni0.2 HEAs on hollow carbons (HCs; denoted as HEA/HC) by a facile pyrolysis strategy. The HEA/HC nanostructures were further integrated into hypha carbon nanobelts (HCNBs). The solid-solution phase formed by the uniform mixture of the five metal elements, i.e., Pt0.25Cu0.25Fe0.15Co0.15Ni0.2 HEAs, gave rise to a strong interaction between neighboring atoms in different metals, resulting in their adsorption energy transformation across a wide, multipeak, and nearly continuous spectrum. Meanwhile, the HEAs exhibited numerous active sites on their surface, which is beneficial to catalyzing the cascade conversion of LiPSs. Combining density functional theory (DFT) calculations with detailed experimental investigations, the prepared HEAs bidirectionally catalyze the cascade reactions of LiPSs and boost their conversion reaction rates. S/HEA@HC/HCNB cathodes achieved a low 0.034% decay rate for 2000 cycles at 1.0 C. Notably, the S/HEA@HC/HCNB cathode delivered a high initial areal capacity of 10.2 mAh cm–2 with a sulfur loading of 9 mg cm–2 at 0.1 C. The assembled pouch cell exhibited a capacity of 1077.9 mAh g–1 at the first discharge at 0.1 C. The capacity declined to 71.3% after 43 cycles at 0.1 C. In this work, we propose to utilize HEAs as catalysts not only to improve the cycling stability of lithium–sulfur batteries, but also to promote HEAs in energy storage applications.

The non-contact temperature measurement method based on the fluorescence intensity ratio of thermally coupled energy levels has emerged as a focal point of research in recent years due to its characteristics of short response time, suitability for extreme environments, and high sensitivity. The enhancement of relative sensitivity (Sr) is a key objective in refining ratio-metric optical thermometry. However, the Sr is limited by the thermometry strategies. Regarding excitation and monitoring methods, ratio-metric temperature measurement strategies typically adopt two distinct approaches: single-excitation dual-emission (S-D), and dual-excitation single-emission (D-S). In this study, we developed a dual-excitation dual-emission (D-D) thermometry strategy that theoretically and experimentally demonstrates higher Sr and reduced temperature uncertainty (δT). This advancement was achieved by analyzing thermal coupling energy levels (TCELs) and the red-shift charge transfer band (CTB) properties. YVO4:Er3+ was selected for experimental validation due to its pronounced thermal coupling and red-shift CTB effects. The experimental results show that the Sr(D-D) equal to the sum of Sr(S-D) and Sr(D-S), and 1/δT(D-D) equal to the sum of 1/δT(S-D) and 1/δT(D-S), which well verifies the theoretical expectations. Thus, the D-D strategy emerges as a novel and effective method for ratio-metric thermometry, promising enhanced precision in temperature measurements.

SnS-based carbon composites have garnered considerable concentration as prospective anode materials (AMs) for lithium-ion batteries (LIBs). Nevertheless, most SnS-based carbon composites underwent a two-phase or multistep preparation process and exhibited unsatisfactory LIB performance. In this investigation, we introduce a straightforward and efficient one-step arc-discharge technique for the production of dual-layer carbon-coated tin sulfide nanoparticles (SnS@C). The as-prepared composite is used as an AM for LIBs and delivers a high capacity of 1000.4 mAh g