Triplet–triplet annihilation upconversion based photoluminescence temperature sensing
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Abstract
Abstract Triplet–triplet annihilation upconversion (TTA-UC) is an anti-Stokes photoluminescence process that converts low-energy photons into higher-energy emissions, offering significant potential for applications ranging from solar energy harvesting to biomedical imaging and therapy. This perspective examines recent advances in TTA-UC for photoluminescence temperature sensing (PTS), with an emphasis on underlying mechanisms, emerging design principles, and future technological pathways. We systematically analyzed the fundamental principles of TTA-UC, temperature-response mechanisms, including thermally activated non-radiative decay and diffusion-controlled triplet energy transfer. We discussed the unique advantages of TTA-UC-based PTS, such as nonlinear temperature dependence, anti-Stokes shifted emission, microsecond-scale response times, and robustness in harsh environments. We evaluate TTA-UC-based PTS at both the bulk and nanoscale, highlighting its emerging applications in biomedical diagnostics and industrial monitoring. Finally, we outline future research directions to facilitate its practical development.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Luminescence and Fluorescent Materials · Luminescence Properties of Advanced Materials · Nanoplatforms for cancer theranostics
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References (97)
Show source-provided references
1. Ye · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2016 · 18 · 1081810.1039/C5CP07296D ↗
2. Kinoshita · ChemPhotoChem · 2020 · 4 · 527110.1002/cptc.202000143 ↗
3. Gao · Adv. Mater. · 2021 · 3310.1002/adma.202100704 ↗
4. Kwon · ACS Nano · 2016 · 10 · 151210.1021/acsnano.5b07075 ↗
5. Dou · Drug Discov. Today · 2017 · 22 · 140010.1016/j.drudis.2017.04.003 ↗
6. Zhou · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 39510.1021/cr400478f ↗
7. Wei · Adv. Opt. Mater. · 2024 · 1210.1002/adom.202301134 ↗
8. Schulze · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 2279410.1021/jp309636m ↗
9. Zou · Nat. Photon. · 2012 · 6 · 56010.1038/nphoton.2012.158 ↗
10. Duan · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 188710.1021/ja511061h ↗
11. Schulze · Energy Environ. Sci. · 2015 · 8 · 10310.1039/C4EE02481H ↗
12. Keivanidis · ChemPhysChem · 2009 · 10 · 231610.1002/cphc.200900290 ↗
13. Vadrucci · Adv. Mater. · 2017 · 2910.1002/adma.201702992 ↗
14. Yanai · Angew. Chem., Int. Ed. · 2020 · 59 · 1025210.1002/anie.202001325 ↗
15. Kaur · Physica B · 2024 · 69010.1016/j.physb.2024.416224 ↗
16. Brites · Adv. Mater. · 2023 · 3510.1002/adma.202302749 ↗
17. Zhao · J. Alloys Compd. · 2020 · 81710.1016/j.jallcom.2019.152691 ↗
18. Roriz · Sensors · 2020 · 20 · 211310.3390/s20072113 ↗
19. Kenney · Chemosensors · 2021 · 9 · 10910.3390/chemosensors9050109 ↗
20. Dramićanin · Methods. Appl. Fluoresc. · 2016 · 410.1088/2050-6120/4/4/042001 ↗
21. Kalytchuk · ACS Nano · 2017 · 11 · 143210.1021/acsnano.6b06670 ↗
22. Ogle · ChemPhotoChem · 2020 · 4 · 25510.1002/cptc.201900255 ↗
23. Wang · RSC Adv. · 2015 · 5 · 8621910.1039/C5RA16986K ↗
24. Ding · Opt. Express · 2017 · 2510.1364/OE.25.019065 ↗
25. Liu · Acc. Chem. Res. · 2024 · 57 · 265310.1021/acs.accounts.4c00342 ↗
26. Kumbhakar · Nanoscale · 2021 · 13 · 294610.1039/D0NR07874C ↗
27. Kim · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1747810.1021/ja308789u ↗
28. Sanders · J. Am. Chem. Soc. · 2019 · 141 · 918010.1021/jacs.9b03992 ↗
29. Gao · J. Phys. Chem. C · 2019 · 123 · 2018110.1021/acs.jpcc.9b07098 ↗
30. Zeng · Acc. Chem. Res. · 2022 · 55 · 260410.1021/acs.accounts.2c00307 ↗
31. Lai · J. Am. Chem. Soc. · 2020 · 142 · 1982510.1021/jacs.0c09547 ↗
32. He · Angew. Chem., Int. Ed. · 2020 · 132 · 1787910.1002/ange.202009066 ↗
33. Bennison · Macromolecules · 2021 · 54 · 528710.1021/acs.macromol.1c00133 ↗
34. Schmidt · J. Phys. Chem. Lett. · 2014 · 5 · 406210.1021/jz501799m ↗
35. Frazer · Adv. Theor. Simul. · 2019 · 210.1002/adts.201800099 ↗
36. Wohnhaas · Macromol. Biosci. · 2013 · 13 · 142210.1002/mabi.201300149 ↗
37. López · Springer Series in Optical Sciences · 2012 · p 165
38. Zhou · ACS Energy Lett. · 2020 · 5 · 232210.1021/acsenergylett.0c01150 ↗
39. Fan · Chin. J. Org. Chem. · 2018 · 38 · 137710.6023/cjoc201712034 ↗
40. Xu · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 269810.1038/s41467-018-05160-1 ↗
41. Monguzzi · Phys. Rev. B · 2008 · 7710.1103/PhysRevB.77.155122 ↗
42. Einstein · Ann. Phys. · 1905 · 17 · 54910.1002/andp.19053220806 ↗
43. Murakami · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2021 · 23 · 1826810.1039/D1CP02654B ↗
44. Fister · Anal. Chem. · 1995 · 67 · 426910.1021/ac00119a011 ↗
45. Askes · J. Phys. Chem. B · 2017 · 121 · 78010.1021/acs.jpcb.6b10039 ↗
46. Bao · Light Sci. Appl. · 2018 · 7 · 9610.1038/s41377-018-0097-7 ↗
47. Hasegawa · J. Mater. Chem. C · 2019 · 7 · 749410.1039/C9TC00607A ↗
48. Si · Nat. Commun. · 2024 · 15 · 743910.1038/s41467-024-51231-x ↗
49. Löw · Small · 2008 · 4 · 90810.1002/smll.200700581 ↗
50. Paviolo · J. Microsc. · 2013 · 250 · 17910.1111/jmi.12033 ↗
51. Yu · Adv. Funct. Mater. · 2022 · 3210.1002/adfm.202108234 ↗
52. Feng · Acc. Chem. Res. · 2025 · 58 · 354310.1021/acs.accounts.5c00403 ↗
53. Durandin · J. Phys. Chem. C · 2019 · 123 · 2286510.1021/acs.jpcc.9b08026 ↗
54. Tang · Adv. Mater. · 2024 · 3610.1002/adma.202313746 ↗
55. He · Sci. China Chem. · 2024 · 67 · 291810.1007/s11426-024-1993-4 ↗
56. Huang · Nat. Rev. Chem. · 2024 · 8 · 23810.1038/s41570-024-00585-3 ↗
57. Lin · Chem. Phys. Rev. · 2024 · 510.1063/5.0185259 ↗
58. Kamma · Rev. Sci. Instrum. · 2008 · 7910.1063/1.2981704 ↗
59. Zhang · Angew. Chem., Int. Ed. · 2023 · 6210.1002/anie.202314748 ↗
60. Gao · Adv. Mater. · 2023 · 3510.1002/adma.202208389 ↗
61. Nazarova · ChemPhotoChem · 2019 · 3 · 102010.1002/cptc.201900093 ↗
62. Xu · J. Rare Earths · 2022 · 40 · 20110.1016/j.jre.2020.12.011 ↗
63. Chen · Small · 2013 · 9 · 1053
64. Rakov · J. Rare Earths · 2025 · 43 · 25310.1016/j.jre.2024.01.005 ↗
65. Wang · J. Phys. Chem. Lett. · 2022 · 14 · 17810.1021/acs.jpclett.2c03587 ↗
66. Chen · Chem. Eng. J. · 2023 · 47710.1016/j.cej.2023.147165 ↗
67. Mary · ACS Appl. Nano Mater. · 2024 · 7 · 387310.1021/acsanm.3c05491 ↗
68. Kalytchuk · ACS Photonics · 2017 · 4 · 145910.1021/acsphotonics.7b00222 ↗
69. Singh-Rachford · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1200710.1021/ja904696n ↗
70. Micheva · J. Mater. Chem. C · 2022 · 10 · 453310.1039/D1TC04915A ↗
71. Svagan · ACS Nano · 2014 · 8 · 819810.1021/nn502496a ↗
72. Heinrich · J. Photon. Energy · 2017 · 810.1117/1.JPE.8.022002 ↗
73. Li · Angew. Chem., Int. Ed. · 2021 · 60 · 2672510.1002/anie.202110830 ↗
74. Li · Sens. Actuators B · 2024 · 40010.1016/j.snb.2023.134900 ↗
75. Zhang · J. Phys. Chem. Lett. · 2022 · 13 · 575810.1021/acs.jpclett.2c00874 ↗
76. Haefele · J. Phys. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 29910.1021/jz300012u ↗
77. Gao · Trends Food Sci. Technol. · 2020 · 99 · 31110.1016/j.tifs.2020.02.019 ↗
78. Schaferling · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 353210.1002/anie.201105459 ↗
79. Yang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2025 · 17 · 3522110.1021/acsami.5c05977 ↗
80. Ning · Chem. Sci. · 2019 · 10 · 422710.1039/C9SC00220K ↗
81. Gao · Inorg. Chem. · 2013 · 52 · 640710.1021/ic400245n ↗
82. Zhang · Proc. Natl Acad. Sci. USA · 2014 · 111 · E549210.1073/pnas.1414499111 ↗
83. Peng · Coord. Chem. Rev. · 2024 · 51910.1016/j.ccr.2024.216096 ↗
84. Jin · Chem. Soc. Rev. · 2022 · 51 · 617710.1039/D2CS00275B ↗
85. Jin · Top. Curr. Chem. · 2022 · 380 · 3110.1007/s41061-022-00386-6 ↗
86. Yao · J. Chin. Rare Earth Soc. · 2021 · 191 · 456
87. Monguzzi · J. Phys. Chem. A · 2009 · 113 · 117110.1021/jp809971u ↗
88. Huang · Angew. Chem., Int. Ed. · 2017 · 56 · 1440010.1002/anie.201704430 ↗
89. Iyisan · Biomacromolecules · 2020 · 21 · 446910.1021/acs.biomac.0c00377 ↗
90. Kim · Biomacromolecules · 2004 · 5 · 78610.1021/bm0345460 ↗
91. Micheva · Nanomaterials · 2025 · 15 · 12310.3390/nano15020123 ↗
92. Baluschev · Appl. Phys. Lett. · 2007 · 9010.1063/1.2734475 ↗
93. Wang · PhotoniX · 2021 · 2 · 1810.1186/s43074-021-00041-1 ↗
94. Niu · Biosens. Bioelectron. · 2024 · 24810.1016/j.bios.2023.115970 ↗
95. Dai · Biosens. Bioelectron. · 2025 · 27110.1016/j.bios.2024.117049 ↗
96. Dai · ACS Sens. · 2024 · 9 · 618510.1021/acssensors.4c02032 ↗
97. Jing · Adv. Sci. · 2023 · 1010.1002/advs.202207437 ↗