高等经济大学和俄罗斯科学院石油化工合成研究所的研究人员近日取得了一项重要研究成果，他们发现了一种控制稀土元素发光颜色和亮度的新方法。这一发现可能为开发新型光源、显示器和激光器带来新的可能性。相关研究已发表在《光学材料》杂志上。

稀土元素因其能够发射精确定义颜色的光而被广泛应用于微电子器件、发光二极管(LED)和荧光材料中。其发光特性通常取决于稀土元素的电子在吸收和释放能量时的行为。然而，此次研究团队证明，通过调整金属的化学环境，可以改变稀土元素的发光颜色。

研究团队利用有机配体合成了铈、镨和铽的配合物，这些配体决定了配合物的几何形状并影响其性质。在所有情况下，三个环戊二烯基阴离子均对称地排列在金属周围，为复合物提供了所需的结构。这种特定的化学环境在离子周围产生了一个静电场，从而改变了5d轨道的能量，进而影响了发光光谱。

“我们不是专注于单一的例子，而是合成了从铈到铽的一系列化合物，以观察它们的性质如何变化并找出共同的模式，”HSE化学学院硕士生Daniil Bardonov评论道。研究结果显示，在新的络合物中，铈的发射波长从传统的300至400纳米之间的紫外光移至红光范围，最高可达655纳米。

“要理解这个过程是如何进行的，首先要掌握能量转移的机制，”分子系统与材料化学项目学术主管、论文合著者Dmitrii Roitershtein解释道，“在新化合物中，能量不是直接转移到4f电子，而是通过中间的5d状态。”

研究人员认为，能够预测发光光谱将使他们能够更有效地设计具有所需特性的材料，而无需耗时的反复试验。这一发现可能会促进新型先进光源的创造。

“我们能够精确地演示原子环境如何影响其电子跃迁和镧系元素发光，”高等经济学院化学系本科生费奥多尔·切尔年基说道，“我们现在可以有意选择化合物的结构来控制发光，并生产具有特定光学特性的材料。”

更多信息： Lada N. Puntus 等人，二芳基环戊二烯基配体的配合物中 Ln ³⁺离子 5d 态能量转移效率，《光学材料》 (2025)。