剑桥大学利用有机分子天线实现绝缘纳米粒子电致发光，开辟近红外LED全新技术路线

B910化工消息：5月18日消息，剑桥大学Cavendish实验室团队在Nature发表研究论文，首次实现了利用有机分子天线对绝缘镧系掺杂纳米粒子进行电致发光驱动，开辟了近红外LED的全新技术路线。

该研究的核心材料为镧系掺杂纳米粒子（LnNPs）。这类材料以产生极其稳定且高纯度的光而闻名，特别擅长在第二近红外窗口（NIR-II）发射光信号，能够穿透深层生物组织，在医学成像和传感技术中具有独特优势。然而，LnNPs是电绝缘体，无法直接通过电流驱动发光，这一根本性障碍长期限制了其在电子器件中的应用。

研究团队找到了突破方案。他们在纳米粒子表面附着了一种经过特殊筛选的有机分子——9-蒽甲酸（9-ACA），构建出有机-无机杂化材料体系。在新型LED器件中，电荷被导入9-ACA分子而非纳米粒子本身。这些有机分子充当分子天线，捕获电荷载体并进入激发三线态。在许多光学体系中，三线态被认为是暗态——其能量往往以热的形式耗散。但在这一新设计中，三线态能量被高效转移至纳米粒子内部的镧系离子，能量转移效率超过98%。

该论文的通讯作者、Cavendish实验室教授Akshay Rao表示：这些纳米粒子是非常出色的发光体，但无法用电驱动它们。研究团队基本上找到了一扇后门来驱动它们。有机分子就像天线一样，捕获电荷载体，然后通过特殊的三线态能量转移过程将能量传递给纳米粒子，这一过程出乎意料地高效。

由此构建的LnLEDs器件在约5伏电压下即可运行，产生的电致发光具有极窄的光谱宽度，光纯度远高于量子点（QDs）等竞争技术。峰值外量子效率超过0.6%，对于第一代器件而言已属优异表现。

论文第一作者、Cavendish实验室博士后研究员Yu Zhongzheng表示，LnLEDs在第二近红外窗口发射的光纯度是一个巨大优势。对于生物医学传感或光通信等应用，需要非常锐利的特定波长，而该器件轻松实现了这一点，这是其他材料非常难以做到的。

该技术的应用前景广阔。极纯的近红外光可支持新型医疗设备实现深层体内成像——微型可注射或可穿戴LnLEDs有望帮助医生检测癌症、实时监测器官状态，或以极高精度激活光敏药物。此外，窄而稳定的光发射还可改善光通信系统，减少干扰并允许更多数据更清晰地传输。研究还表明该原理具有高度通用性，可探索无数有机分子与绝缘纳米材料的组合，为光电子学开辟全新的材料设计空间。

该研究获得了英国研究与创新署（UKRI）前沿研究基金（EP/Y015584/1）和玛丽·居里博士后奖学金的支持。 （来源：ScienceDaily）