許輝&韓春苗&韓三陽&劉小鋼Nature：電生激子實現(xiàn)可調(diào)諧鑭系元素電致發(fā)光

鑭系納米晶在電致發(fā)光應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢，包括窄帶發(fā)射、高色純度和組分可調(diào)的輸出。然而，其絕緣特性限制了載流子傳輸與注入，阻礙了其在電驅(qū)動光電器件中的應(yīng)用。

本研究黑龍江大學許輝、韓春苗，清華大學深圳國際研究生院韓三陽和新加坡國立大學劉小鋼等人展示了從絕緣的氟化鑭納米晶（4 nm；NaGdF?:X；X = Tb3?、Eu3? 或 Nd3?）中實現(xiàn)高效電致發(fā)光的方法，這些納米晶表面修飾有一系列功能化的2-（二苯基磷酰基）苯甲酸配體。這些配體具有給體-氧化膦受體雜化結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移特性，有效敏化了鑭系納米晶的發(fā)光。超快光譜研究表明，配體與納米晶之間的強耦合促進了系間竄越（<1 ns）和高效的三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移至納米晶（效率高達96.7%）。通過精確調(diào)控納米晶中的摻雜組分和濃度，我們在不改變器件結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)了廣泛的多色電致發(fā)光，其中Tb3?器件的外量子效率超過5.9%。

該配體功能化的納米晶平臺為絕緣納米晶系統(tǒng)中的激子調(diào)控提供了模塊化策略，為光譜精確的電致發(fā)光材料開辟了新路徑。

研究亮點：

1. 首創(chuàng)配體工程策略：通過設(shè)計具有給體-氧化膦受體結(jié)構(gòu)的有機配體，成功解決了絕緣鑭系納米晶的載流子注入難題，首次實現(xiàn)了高效電致發(fā)光。

2. 超高能量轉(zhuǎn)移效率：配體與納米晶間的強耦合使系間竄越效率高達98.6%，三重態(tài)能量轉(zhuǎn)移效率達96.7%，顯著提升了發(fā)光效率。

3. 結(jié)構(gòu)不變，色彩可變：僅通過調(diào)整納米晶內(nèi)Tb3?、Eu3?、Nd3?等摻雜離子的種類與濃度，即可在固定器件結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)從可見光到近紅外（>1000 nm）的寬范圍、高色純度多色發(fā)光。

Tan, J., Zhang, P., Song, X. et al. Electro-generated excitons for tunable lanthanide electroluminescence. Nature647, 632–638 (2025).

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09717-1

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