黑龍江大學(xué)首篇《Nature》誕生 絕緣體發(fā)光新突破！稀土納米晶，像大海中的一座“絕緣小島”，唯有光能飛躍“天塹”，激發(fā)其絢麗多彩的光芒，電卻無(wú)路可達(dá)。黑龍江大學(xué)許輝教授團(tuán)隊(duì)與合作者在“小島”周圍架起無(wú)數(shù)有機(jī)“光電橋梁”，使天塹變通途，讓“電激發(fā)絕緣體發(fā)光”的不可能變?yōu)榭赡堋?/p>

2025年11月20日，這項(xiàng)歷經(jīng)十四年的研究成果以“捕獲電生激子實(shí)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(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》。這是黑龍江大學(xué)首篇《Nature》論文，也是黑龍江省化學(xué)學(xué)科首篇《Nature》論文。

時(shí)間回溯到2011年，當(dāng)時(shí)在新加坡國(guó)立大學(xué)從事博士后研究的許輝教授萌生了一個(gè)大膽的念頭：“能不能讓稀土納米晶產(chǎn)生電致發(fā)光？”這個(gè)想法看似異想天開(kāi)，因?yàn)橄⊥良{米晶雖然色純度高、穩(wěn)定性好、寬色域可調(diào)，但天生絕緣，導(dǎo)致電荷無(wú)法注入。這成為一道世界性的難題。

面對(duì)這道難題，傳統(tǒng)思路是“硬闖”——試圖將電荷強(qiáng)行注入納米晶內(nèi)部，但這被證明行不通。許輝教授、韓春苗教授與韓三陽(yáng)副教授等組成的跨校團(tuán)隊(duì)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(wú)數(shù)座精巧的“有機(jī)光電橋梁”。這些有機(jī)配體對(duì)于納米晶就像葉綠素對(duì)于植物，通過(guò)光合作用先把光能儲(chǔ)存到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，再供給植物生長(zhǎng)。篩選出的最佳分子CzPPOA，捕獲電激發(fā)產(chǎn)生能量的效率接近100%，傳遞能量的效率同樣高達(dá)96.7%，實(shí)現(xiàn)了能量的精準(zhǔn)遞送。

自許輝教授2013年回國(guó)，到韓春苗教授2018年再赴新加坡國(guó)立大學(xué)接續(xù)研究，三支團(tuán)隊(duì)始終緊密協(xié)作，不斷深化對(duì)課題的理解。十四年間，他們投入大量時(shí)間與精力，持續(xù)積累、不斷試錯(cuò)，克服重重困難，最終實(shí)現(xiàn)了基于絕緣稀土納米晶的高效電致發(fā)光器件。最初做出來(lái)的器件只能在暗室里看到一絲微光，但這微弱的光成了團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持下去的信念之火。為了找到最優(yōu)秀的有機(jī)配體，他們遴選了上百種分子，在一次次失敗中積累經(jīng)驗(yàn)。為了合成出最完美的稀土納米晶，他們?cè)诔叽?、摻雜濃度上追求極致，力求精確到原子級(jí)別的調(diào)控。在器件優(yōu)化階段，他們進(jìn)行了成千上萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)，反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)，尋找最優(yōu)組合。

論文第一作者譚靜從師兄手中接過(guò)課題時(shí)，器件信號(hào)仍微弱難測(cè)。她迎難而上，歷經(jīng)一個(gè)多月的反復(fù)調(diào)試，在無(wú)數(shù)次“調(diào)整-測(cè)試-失敗”的循環(huán)中積累經(jīng)驗(yàn)。直到那個(gè)下午，一束純凈明亮的綠光穩(wěn)定亮起，所有疲憊瞬間消散?？蒲凶钫滟F的是經(jīng)歷無(wú)數(shù)次失敗后依然堅(jiān)信“那束光”一定存在的勇氣。

論文評(píng)審過(guò)程中，面對(duì)審稿人提出的質(zhì)疑，團(tuán)隊(duì)通過(guò)周密精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)證明這一差異源于電致與光致不同的物理過(guò)程。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步實(shí)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(yàn)證了這一策略的普適性與應(yīng)用潛力。

歷經(jīng)淬煉，終見(jiàn)鋒芒。基于該策略的電致發(fā)光器件性能實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的飛躍。團(tuán)隊(duì)制備的綠色電致發(fā)光器件，其外量子效率達(dá)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(wú)需改變器件結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)調(diào)整納米晶中摻雜的稀土離子，就能在同一器件上實(shí)現(xiàn)從綠色、暖白色到近紅外光的連續(xù)、精準(zhǔn)調(diào)控。這意味著未來(lái)的顯示器件可能不需要為每一種顏色都重新設(shè)計(jì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化工藝、降低成本打開(kāi)了全新的想象空間。

這項(xiàng)成果的意義遠(yuǎn)不止于“讓一類材料電致發(fā)光”。它打破了“絕緣體無(wú)法電致發(fā)光”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為整個(gè)光電材料家族開(kāi)辟了新的方向。更重要的是，它展示了一種新的科學(xué)研究范式。通過(guò)巧妙的復(fù)合技術(shù)，可以把不同類型材料的功能集成到一個(gè)系統(tǒng)里，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)性能的最優(yōu)化。這種新的研究范式可以推廣到能源、生物、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。

回首十四年征程，從最初那一點(diǎn)微光，到如今《Nature》期刊的突破，支撐團(tuán)隊(duì)的是對(duì)科學(xué)的信念與不懈的堅(jiān)持。連接“絕緣小島”與光電世界的橋梁已然建成。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)向著更亮、更高效、更穩(wěn)定的目標(biāo)進(jìn)軍，推動(dòng)該技術(shù)在未來(lái)顯示、生物醫(yī)學(xué)成像、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，將“科技之光”轉(zhuǎn)化為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“產(chǎn)業(yè)之光”。