图 有机半导体配体敏化镧系纳米晶实现电致发光的机制示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：22325502）等资助下，黑龙江大学化学化工与材料学院许辉教授、韩春苗教授团队联合清华大学深圳国际研究生院韩三阳副教授、新加坡国立大学化学系刘小钢院士在镧系纳米晶电致发光研究领域取得进展，相关研究成果以“电生激子用于可调控镧系元素电致发光（Electro-generated excitons for tunable lanthanide electroluminescence）”为题，于2025年11月19日在线发表于《自然》（Nature）期刊上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09717-1。
镧系掺杂纳米晶具有窄带发射、高色纯度和优异稳定性等特征，被视为理想的光学材料。然而，其本征的绝缘特性导致电荷注入困难，严重制约了其在光电器件中的应用，成为领域内亟待突破的科学瓶颈。
针对这一难题，研究团队创新设计并合成了一系列芳基膦氧羧酸配体，通过强化配位作用、精确调控有机-无机杂化体系的能级关系，构建了高效的多重能量传递通道。该策略利用有机配体捕获电生激子，通过超快系间窜越过程（<1 ns）完成三线态激子转化，并将其高效传递至纳米晶内部的镧系发光中心，实现了高达96.7%的三线态能量转移效率，从而巧妙规避了传统电注入路径的固有瓶颈。基于该策略构建的绿色电致发光器件外量子效率达到5.9%，较未功能化器件提升76倍，激子利用率高达88%。更值得一提的是，通过调控纳米晶中稀土离子的掺杂组分与浓度，可在同一器件结构中实现从绿光、暖白光到近红外光的连续精准调控，展现出优异的通用性和应用灵活性。该研究为发展低成本、广色域的超高清显示技术，以及近红外通信、生物成像等前沿光电器件奠定了材料基础。