许辉&韩春苗&韩三阳&刘小钢Nature：电生激子实现可调谐镧系元素电致发光

来源：知光谷发布时间：2025-11-20 09:15:54

镧系纳米晶在电致发光应用中具有独特优势，包括窄带发射、高色纯度和组分可调的输出。然而，其绝缘特性限制了载流子传输与注入，阻碍了其在电驱动光电器件中的应用。

本研究黑龙江大学许辉、韩春苗，清华大学深圳国际研究生院韩三阳和新加坡国立大学刘小钢等人展示了从绝缘的氟化镧纳米晶（4 nm；NaGdF₄:X；X = Tb³⁺、Eu³⁺ 或 Nd³⁺）中实现高效电致发光的方法，这些纳米晶表面修饰有一系列功能化的2-（二苯基磷酰基）苯甲酸配体。这些配体具有给体-氧化膦受体杂化结构，通过调控分子内电荷转移特性，有效敏化了镧系纳米晶的发光。超快光谱研究表明，配体与纳米晶之间的强耦合促进了系间窜越（<1 ns）和高效的三重态能量转移至纳米晶（效率高达96.7%）。通过精确调控纳米晶中的掺杂组分和浓度，我们在不改变器件结构的情况下实现了广泛的多色电致发光，其中Tb³⁺器件的外量子效率超过5.9%。

该配体功能化的纳米晶平台为绝缘纳米晶系统中的激子调控提供了模块化策略，为光谱精确的电致发光材料开辟了新路径。

研究亮点：

首创配体工程策略：通过设计具有给体-氧化膦受体结构的有机配体，成功解决了绝缘镧系纳米晶的载流子注入难题，首次实现了高效电致发光。
超高能量转移效率：配体与纳米晶间的强耦合使系间窜越效率高达98.6%，三重态能量转移效率达96.7%，显著提升了发光效率。
结构不变，色彩可变：仅通过调整纳米晶内Tb³⁺、Eu³⁺、Nd³⁺等掺杂离子的种类与浓度，即可在固定器件结构下实现从可见光到近红外（>1000 nm）的宽范围、高色纯度多色发光。