长余辉发光材料是一种在激发光停止后依然能够持续产生发光现象的特殊材料,主要应用于仪器钟表显示、安全指示和装饰装潢等领域。近年来兴起探索近红外长余辉发光材料应用于荧光探针和生物成像的研究热潮。大量报道证实,掺杂Cr³⁺离子的具有尖晶石结构的ZnGa₂O₄材料是性能优异的近红外长余辉发光材料,可应用于生物荧光成像。针对这材料仍存在余辉机理不明确（特别是基于阳离子反位缺陷的现有机理模型中忽视氧空位的作用）、发光峰位可调性差等问题,本文围绕过渡金属Cr³⁺/Mn²⁺掺杂ZnGa₂O₄体系开展深入的研究,主要研究成果如下:（一）通过高温固相法制备了ZnGa₂O₄:Cr³⁺长余辉发光材料,并在不同气氛下对样品进行热处理以获得不同缺陷浓度的样品。对获得的样品进行了激发-发射光谱、余辉谱、热释谱和交流阻抗等表征,并用第一性原理计算了相应缺陷模型的形成能和电子能带结构。结果表明,氧空位能改变ZnGa₂O₄:Cr³⁺长余辉发光材料中反位缺陷(Ga _Zn以及Zn_Ga′)和处于未畸变格位的Cr³⁺的分布。氧空位会与邻近的处于畸变格位的Cr³⁺离子以及Zn_Ga′反位缺陷聚集,进而影响可见光激发所导致的长余辉发光,并且氧空位的存在会减弱体系的余辉性能。阻抗谱结果表明该体系的载流子为电子。（二）以MnCO3为原料通过高温固相法在弱还原性气氛下制备得到了ZnGa₂O₄:Mn体系。发光光谱显示该体系存在以502 nm为中心的宽峰绿光和以686 nm为中心的尖峰微弱红光,余辉谱表明两个发光峰都有长余辉现象。我们的研究初步排除了686 nm红光发射峰由Mn²⁺-Mn²⁺二聚体和Cr³⁺杂质造成的,并判断可能还是源于Mn²⁺。同时以MnO₂为原料制备得到的ZnGa₂O₄:Mn体系,发现其具有Mn²⁺的发光和长余辉现象,用电荷补偿模型解释了在制备过程中存在的Mn4+自还原现象,该过程造成的缺陷可能有益于该体系的长余辉性能。进一步地合成了ZnGa₂O₄:Mn²⁺,Cr³⁺混掺体系,发现了Mn²⁺向Cr³⁺能量传递现象,通过调控Cr³⁺的掺杂浓度可调控这一体系绿光和红光的相对余辉强度,从而实现肉眼可见的余辉颜色的调控。余辉谱和热释谱说明氧空位对该体系长余辉影响很大。本研究有助于更清晰、更全面地认识Cr³⁺/Mn²⁺掺杂的镓酸盐体系长余辉机理,为设计新型长余辉发光材料提供了借鉴和指导。同时,在ZnGa₂O₄材料体系实现了光色可调长余辉,可拓展该材料体系的应用。