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，電卻無路可達。黑龍江大學(xué)許輝教授團隊與合作者在“小島”周圍架起無數(shù)有機“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，這項歷經(jīng)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(xué)首篇《Nature》論文，也是黑龍江省化學(xué)學(xué)科首篇《Nature》論文。

時間回溯到2011年，當(dāng)時在新加坡國立大學(xué)從事博士后研究的許輝教授萌生了一個大膽的念頭：“能不能讓稀土納米晶產(chǎn)生電致發(fā)光？”這個想法看似異想天開，因為稀土納米晶雖然色純度高、穩(wěn)定性好、寬色域可調(diào)，但天生絕緣，導(dǎo)致電荷無法注入。這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，但這被證明行不通。許輝教授、韓春苗教授與韓三陽副教授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”。這些有機配體對于納米晶就像葉綠素對于植物，通過光合作用先把光能儲存到營養(yǎng)物質(zhì)中，再供給植物生長。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96.7%，實現(xiàn)了能量的精準遞送。

自許輝教授2013年回國，到韓春苗教授2018年再赴新加坡國立大學(xué)接續(xù)研究，三支團隊始終緊密協(xié)作，不斷深化對課題的理解。十四年間，他們投入大量時間與精力，持續(xù)積累、不斷試錯，克服重重困難，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。最初做出來的器件只能在暗室里看到一絲微光，但這微弱的光成了團隊堅持下去的信念之火。為了找到最優(yōu)秀的有機配體，他們遴選了上百種分子，在一次次失敗中積累經(jīng)驗。為了合成出最完美的稀土納米晶，他們在尺寸、摻雜濃度上追求極致，力求精確到原子級別的調(diào)控。在器件優(yōu)化階段，他們進行了成千上萬次實驗，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(fù)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。直到那個下午，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)歷無數(shù)次失敗后依然堅信“那束光”一定存在的勇氣。

論文評審過程中，面對審稿人提出的質(zhì)疑，團隊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。

歷經(jīng)淬煉，終見鋒芒?；谠摬呗缘碾娭掳l(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。這意味著未來的顯示器件可能不需要為每一種顏色都重新設(shè)計復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，為簡化工藝、降低成本打開了全新的想象空間。

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(xué)研究范式。通過巧妙的復(fù)合技術(shù)，可以把不同類型材料的功能集成到一個系統(tǒng)里，取長補短，實現(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)藥等多個領(lǐng)域。

回首十四年征程，從最初那一點微光，到如今《Nature》期刊的突破，支撐團隊的是對科學(xué)的信念與不懈的堅持。連接“絕緣小島”與光電世界的橋梁已然建成。團隊將繼續(xù)向著更亮、更高效、更穩(wěn)定的目標進軍，推動該技術(shù)在未來顯示、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)化為推動社會經(jīng)濟發(fā)展的“產(chǎn)業(yè)之光”。