發布時間： 2025-11-20 10:05 來源：黑龍江網
稀土納米晶像大海中一座 “絕緣小島”，唯有光能飛躍“天塹”，激發她絢麗多彩的光芒，電卻無路可達。黑龍江大學許輝教授團隊與合作者在“小島”周圍架起無數有機“光電橋梁”。天塹變通途，讓“電激發絕緣體發光”的不可能變為可能。北京時間2025年11月20日，這項被團隊打磨了十四年的研究成果，以“捕獲電生激子實現可調諧的鑭系納米晶電致發光”為題，在線發表于國際頂級期刊《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。
《自然》網站文章截圖
從左到右依次為第一作者譚靜，通訊作者許輝教授和韓春苗教授
緣起：一個“天真”的想法與一道世界性難題
時間回溯到2011年。
當時，在有機電致發光領域已小有成績的許輝教授正在新加坡國立大學劉小鋼院士指導下從事博士后研究，方向是有機分子敏化稀土納米晶。一次與同為博士后，現在香港城市大學任教的王鋒教授閑聊后，萌生了一個大膽的念頭：“能不能讓稀土納米晶產生電致發光？”
這個想法顯然“異想天開”。因為稀土納米晶（鑭系摻雜納米晶）雖然是公認的“發光寶石”，色純度高、穩定性好、寬色域可調，但它天生絕緣。這導致電荷無法注入，就像一座美麗的海中小島，可望不可及。
“絕緣”二字，斷絕了稀土納米晶與平板顯示、柔性電子、生物成像等光電領域的緣分，成為一道世界性的難題。
破局：不去“硬闖孤島”，而是“巧建橋梁”
面對這道難題，傳統思路是“硬闖”——試圖將電荷強行注入納米晶內部，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，在長達十四年的合作中，逐漸達成一種共識：電荷既然自己進不去，我們能不能把電荷所攜帶的“能量”送進去？
他們另辟蹊徑，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座精巧的“有機光電橋梁”——一系列精心設計的功能配體。
“我們不再試圖‘生吞’，而是選擇了‘運化’。”許輝教授比喻道，“這些有機配體對于納米晶就像‘葉綠素’對于‘植物’，植物（納米晶）無法直接利用光（載流子），而是通過葉綠素（有機配體）的光合作用（半導體性質）先把光能（載流子）儲存到營養物質（能量）中，再供給植物（納米晶）生長（發光）。”
韓春苗教授補充道：“我們篩選出的最佳分子CzPPOA，捕獲電激發產生能量的效率接近100%，傳遞能量的效率同樣高達96.7%，實現了能量的精準遞送。”
團隊所提出的有機-無機雜化發光單元設計與能量傳遞機制示意圖。研究團隊供圖
淬煉：十四年“死磕”，從微弱星光到燦若星海
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接續研究，三支團隊始終緊密協作，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，持續積累、不斷試錯，克服重重困難，最終實現了基于絕緣稀土納米晶的高效電致發光器件。
“最初，我們做出來的器件，只能在暗室里能看到一絲無法用儀器測量的微光。”回憶起最初的艱難，許輝教授感慨道。但這微弱的光，卻成了團隊堅持下去的信念之火。
十四年里，他們“死磕”每一個細節。
為了找到最優秀的“葉綠素”（有機配體），他們遴選了上百種分子，在一次次失敗中積累經驗，總結規律。
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控。
在器件優化階段，他們更是進行了成千上萬次的實驗，反復調整結構，尋找最優組合。
許輝教授2011年博士后研究時期的原始實驗記錄
許輝教授指導團隊開展光電性能測試
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，歷經一個多月的反復調試，在無數次“調整-測試-失敗”的循環中積累經驗。直到那個下午，一束純凈明亮的綠光穩定亮起，所有疲憊瞬間消散。她深刻體會到：“科研最珍貴的不是最閃亮的瞬間，而是經歷無數次失敗后，依然堅信‘那束光’一定存在的勇氣。”
論文的評審過程同樣是一場攻堅戰。面對審稿人提出的“電致與光致發光顏色存在差異”的質疑，團隊認真研究原因，通過周密精巧的實驗設計證明這一差異源于電致與光致不同的物理過程。團隊還進一步實現了納米晶的近紅外電致發光，在更大光譜范圍內驗證了這一策略的普適性與應用潛力。這一輪扎實的實驗數據，為審稿人展示了一幅美麗的“全色域”稀土畫卷。
綻放：一“器”呵成的多彩世界與無限未來
歷經淬煉，終見鋒芒。基于該策略的電致發光器件性能實現數量級的飛躍。
團隊制備的綠色電致發光器件，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，無需改變器件結構，僅通過調整納米晶中摻雜的稀土離子，就能在同一器件上實現從綠色、暖白色到近紅外光的連續、精準調控。
許輝教授指導譚靜制備電致發光器件
“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計復雜的結構，這為簡化工藝、降低成本打開了全新的想象空間。”許輝教授展望道。
這項成果的意義，遠不止于“讓一類材料電致發光”。
它打破了“絕緣體無法電致發光”的傳統認知，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，可以把不同類型材料的功能集成到一個系統里，取長補短，實現性能的最優化。”許輝教授表示，“這種新的研究范式可以推廣到能源、生物、醫藥等多個領域。”
遠征：寶石終被“電”亮，傳奇剛剛開始
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的信念與不懈的堅持。
“今天我們看到的光，不僅僅來自器件本身。”許輝教授動情地說，“更來自三支團隊十四年來不離不棄的信任與合作，來自每一位成員在失敗面前的堅韌，來自我們始終相信——即便看似‘絕緣’的材料，也終有一天能被堅持和努力所‘電亮’。”
如今，連接“絕緣小島”與光電世界的橋梁已然建成。團隊將繼續向著更亮、更高效、更穩定的目標進軍，推動該技術在未來顯示、生物醫學成像、可穿戴設備等領域的應用，將“科技之光”轉化為推動社會經濟發展的“產業之光”。
論文信息
通訊作者：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：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：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）。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09717-1
許輝教授團隊介紹
許輝教授領導的磷基光電功能材料團隊長期致力于磷基光功能材料研究，從理論設計到性能優化，從應用探索到產業化轉化，不斷取得新突破。團隊11人次入選國家及省級人才計劃，包括國家杰出青年科學基金獲得者、百千萬人才工程國家級人選、國家級高層次青年人才等。團隊承擔50余項國家和省部級科研項目，包括國家自然科學基金重大研發計劃重點項目、中央支持地方高校發展人才培養計劃等。發表SCI論文300余篇，其中在Nature、Nature Photonics、Nature Communications、Science Advances、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie和Advanced Materials等化學材料學科頂尖期刊上發表論文50篇。團隊開發的藍光主體材料DPEPO被全球2000余篇論文引用應用，成為國際公認的電致發光明星材料之一。
許輝教授介紹
許輝，博士，二級教授、博士生導師。本科及碩士畢業于哈爾濱工業大學，博士畢業于復旦大學，曾于新加坡國立大學、德國科隆大學從事博士后、洪堡資深學者研究。獲國家杰出青年科學基金資助，入選教育部國家級青年人才、百千萬人才工程國家級人選。長期從事功能磷化學基礎和應用研究，在芳香膦氧主客體材料及其超低壓驅動全色電致發光器件、雙發射電致發光材料構筑及其高效器件等方向處于國際前沿。主持國家自然科學基金重大研究計劃重點支持項目、國際（地區）合作與交流項目等30余項。在Nature、Nat. Photonics等期刊上發表論文200余篇，授權中國發明專利50余項，以第一完成人獲黑龍江省科學技術一等獎、2021年中國光學十大進展提名獎等榮譽。
（來源：黑龍江大學）
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