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11月20日，黑龍江大學許輝教授團隊與合作者打磨了十四年的研究成果以“捕獲電生激子實現(xiàn)可調(diào)諧的鑭系納米晶電致發(fā)光”為題，在線發(fā)表于國際頂級期刊Nature，這是黑龍江大學首篇Nature論文，也是黑龍江省化學學科首篇Nature論文。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09717-1
稀土納米晶(鑭系摻雜納米晶)雖然是公認的“發(fā)光寶石”，色純度高、穩(wěn)定性好、寬色域可調(diào)，但它天生絕緣，這導致電荷無法注入?！敖^緣”二字，斷絕了稀土納米晶與平板顯示、柔性電子、生物成像等光電領(lǐng)域的緣分，成為一道世界性的難題。
面對這道難題，傳統(tǒng)思路是“硬闖”——試圖將電荷強行注入納米晶內(nèi)部，但這條路被證明走不通。許輝教授、韓春苗教授與韓三陽副教授、劉小鋼院士等組成的跨校團隊另辟蹊徑，借鑒自然界“光合作用”的智慧，在稀土納米晶表面架起了無數(shù)座精巧的“有機光電橋梁”——一系列精心設(shè)計的功能配體，最終實現(xiàn)了基于絕緣稀土納米晶的高效電致發(fā)光器件。
論文第一作者譚靜從師兄宋曉晴手中接過這個已開展三年的課題時，器件信號仍微弱難測。她迎難而上，歷經(jīng)一個多月的反復調(diào)試，在無數(shù)次“調(diào)整-測試-失敗”的循環(huán)中積累經(jīng)驗。面對審稿人提出的“電致與光致發(fā)光顏色存在差異”的質(zhì)疑，團隊認真研究原因，通過周密精巧的實驗設(shè)計證明這一差異源于電致與光致不同的物理過程。團隊還進一步實現(xiàn)了納米晶的近紅外電致發(fā)光，在更大光譜范圍內(nèi)驗證了這一策略的普適性與應(yīng)用潛力。
基于該策略的電致發(fā)光器件性能實現(xiàn)數(shù)量級的飛躍。團隊制備的綠色電致發(fā)光器件，其外量子效率達到5.9%，比未功能化的納米晶器件提升了76倍。更令人驚嘆的是，無需改變器件結(jié)構(gòu)，僅通過調(diào)整納米晶中摻雜的稀土離子，就能在同一器件上實現(xiàn)從綠色、暖白色到近紅外光的連續(xù)、精準調(diào)控。
這項成果的意義，遠不止于“讓一類材料電致發(fā)光”。它打破了“絕緣體無法電致發(fā)光”的傳統(tǒng)認知，為整個光電材料家族開辟了新的方向。更重要的是，它展示了一種新的科學研究范式。“我們證明了，通過巧妙的復合技術(shù)，可以把不同類型材料的功能集成到一個系統(tǒng)里，取長補短，實現(xiàn)性能的最優(yōu)化?！痹S輝教授表示，“這種新的研究范式可以推廣到能源、生物、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域?！?/p>
論文通訊作者為劉小鋼院士(新加坡國立大學)，許輝教授、韓春苗教授(黑龍江大學)，韓三陽副教授(清華大學深圳國際研究生院)。第一作者為譚靜(黑龍江大學2023級碩士生)，張鵬(清華大學深圳國際研究生院2024級博士生)，宋曉晴(黑龍江大學2019級碩士生)。其他作者為張靜教授、段春波副教授(黑龍江大學)，王鋒教授(香港城市大學)，張志龍教授(華南理工大學)。
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