近日，中国科学院长春应用化学研究所林君研究员、中国地质大学（武汉）李国岗教授和合肥工业大学党佩佩副教授等人的AMR述评文章“Lanthanide Doped Metal Halide Materials Based on 4f-4f Electronic Transitions: From Luminescence Regulation to Versatile Applications”在线发表。文章系统总结了该团队近年来在镧系离子掺杂金属卤化物发光调控方面的研究进展，并展望了其在光电领域的应用前景。

关键词：镧系掺杂；金属卤化物；4f-4f 电子跃迁；发光调控；多功能应用

从理解发光机制出发，通过材料结构与能量传递的精准调控，让镧系离子的特征发光从“可观察”走向“可设计、可调控、可应用”。

文章内容简介

镧系离子具有丰富而独特的4f 能级结构，能够产生从紫外、可见光到近红外区域的特征发射，并具有窄带、高色纯度和良好光谱稳定性等优势。然而，4f-4f 跃迁本身具有宇称禁阻特征，使稀土离子存在吸收截面小、激发效率有限等问题；与此同时，浓度猝灭、多声子弛豫等过程也会进一步限制其发光性能。金属卤化物材料具有组成丰富、晶体结构可调和电子结构易于设计等特点，为解决上述问题提供了新的材料平台。我们的研究工作围绕“如何理解并调控稀土离子4f-4f 发光”这一核心问题展开，系统总结了稀土掺杂金属卤化物材料中的发光机制与调控策略。

在机制层面，我们重点关注基质发光、自陷激子、电荷转移以及能量传递等过程，并进一步从材料组成、结构维度、核壳结构和外部环境等多个角度实现对稀土发光的调控。例如，通过引入合适的敏化中心，可以拓展稀土离子的激发范围并提高能量利用效率；通过结构和尺寸调控，可以改变局域配位环境及激子行为；而核壳结构则能够有效调节能量传递路径、降低表面猝灭并提升材料稳定性。

在应用方面，这些调控策略进一步推动了材料从基础发光研究走向实际应用探索，包括白光LED、近红外光源、信息防伪以及X射线探测等。研究表明，稀土掺杂金属卤化物不仅能够实现多波段发光，还能够结合激发波长、温度、湿度等外界条件实现动态信息读取，为构建多模态光学功能材料提供了新的思路。

总体而言，这篇述评希望建立一条从“发光机制理解—材料结构设计—性能调控—器件与应用”的研究路径，并进一步推动稀土掺杂金属卤化物发光材料从经验型探索走向更加理性、可预测的设计。

AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

我们一直认为，材料研究最有意思的地方之一，就是看似“固定”的性质，其实往往隐藏着很多可以调控的空间。稀土离子的4f-4f跃迁就是一个很典型的例子。它们具有非常鲜明的本征发光，就像每一种稀土离子都有自己独特的“光学指纹”；但与此同时，这些跃迁又受到吸收弱和非辐射弛豫等因素的限制。因此，我们比较关注的一个问题就是：能不能通过改变材料的“环境”，让稀土离子的发光表现得更好？金属卤化物恰好提供了一个非常灵活的平台。通过改变组成、结构维度、局域配位环境以及不同发光中心之间的能量传递关系，可以不断“重新安排”激发能量的去向。我们希望做的不只是获得一个更亮的材料，而是进一步理解“为什么会变亮”“能不能提前预测”“还能不能把这种调控用于实际功能”。这也是我们持续开展这一方向研究的重要动力。

AMR：您认为当前最值得关注的研究热点是什么？

作者团队：

在我们看来，当前这个领域一个非常值得关注的问题，是如何从“经验优化”走向“机制驱动的可预测设计”。例如，同样是稀土离子掺杂，不同的基质组成、局域结构和能量传递路径可能带来完全不同的发光结果。为什么某些敏化中心能够显著提高稀土发光，而另一些却可能成为非辐射损失中心？为什么降低结构维度有时能够增强自陷激子，而在另外一些体系中又可能带来新的猝灭通道？这些问题背后都涉及复杂的激发态动力学。因此，我们认为，未来需要更多地把材料合成、光谱表征、理论计算和动力学研究结合起来，而不是只关注最终的发光强度或量子效率。文章中总结的四类调控策略实际上也可以看作是建立“结构-机制-性能”关系的一种尝试。

AMR：您有什么科研心得想分享给读者们？

作者团队：

做这个方向，交叉学科的背景挺重要的，材料、物理、化学都得懂一点。我自己的体会是，不能只靠试错，得把能级结构、能量转移、晶体场和激发态动力学这些基础问题想清楚，不然优化起来很盲目。然后就是实验和理论计算要结合起来，光靠实验或者光靠计算，都容易漏掉关键信息。还有就是，弱吸收、低效率、稳定性差这些“硬骨头”，虽然难啃，但恰恰是真正有价值的地方。多跟不同背景的人交流，有时候会从别的角度找到突破口。最终目标还是希望这个领域的发光行为能从“经验优化”慢慢走向“可预测设计”，这也是我们写这篇述评的初衷。

作者团队简介

林君，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，美国医学与生物工程学会会士、英国皇家化学会会士，科技部重点领域创新团队负责人，长白山杰出人才，中国稀土学会理事，中国稀土学会发光专业委员会主任，稀土学报（中英文版）和发光学报编委。课题组自2000年以来一直从事纳-微米结构发光材料的控制合成、形态结构和性能调控及其在显示照明及生物医学领域的应用基础研究。在各种稀土发光材料的形貌控制技术、发光薄膜及其图案化技术、特色FED发光材料、多功能稀土上转换发光材料在生物成像和药物控制传递与释放等方面做出了具有原始创新和国际影响的研究工作。曾经/正在承担科技部973项目子课题、国家自然科学基金杰出青年基金项目、重点项目以及若干面上项目和国际合作项目。获吉林省科学技术一等奖3项。2014-2026年连续入选“汤森路透全球材料领域高被引科学家”名录。至今已在国内外核心期刊如Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.及Nat. Commun.等上面发表学术论文1000余篇，论文他引9万余次 (H指数163)；获授权中国发明专利16项。

李国岗，中国地质大学（武汉）材料与化学学院教授，博士生导师，国家级青年人才计划入选者，无机光电功能材料与器件课题组负责人。课题组致力于稀土、过渡金属、主族元素激活的无机固体发光材料结构设计其光电应用、金属卤化物类（钙钛矿）发光材料合成及其光电应用、稀土晶体和低维光功能材料的设计、合成与光学特性等领域基础研究和应用基础研究。目前以通讯作者在Nature、Nat. Synth.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Light: Sci. Appl.等期刊发表学术论文130余篇（H指数70），研究工作他引13000余次。担任中国稀土学会发光专业委员会和稀土晶体专业委员会委员、中国稀土学会光电材料与器件专业委员会理事、Wiley旗下期刊《Luminescence》 Associate editor、《Interdisciplinary Materials》 Academic Editor、《中国稀土学报》中英文版青年编委、《发光学报》青年编委等。

党佩佩，合肥工业大学材料科学与工程学院副教授，黄山学者学术骨干。2016年于陕西师范大学获学士学位；2021年于中国科学院长春应化所获博士学位。主要从事稀土/过渡金属离子掺杂无机固体发光材料局域晶体结构设计与发光性能调控、金属卤化物（类）钙钛矿发光材料合成及光学特性的应用基础研究。以第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Light Sci. Appl.、Acc. Mater. Res.、Mater. Today等国际著名期刊发表学术论文40余篇；主持包括国家自然科学面上/青年基金、博士后特别资助等项目5项，担任《中国稀土学报》、《发光学报》青年编委。

王英胜，中国科学技术大学应用化学与工程学院博士，2026年获得博士学位，导师为林君研究员，2021年于济南大学化学化工学院获得学士学位。目前的研究方向集中在稀土离子激活的金属卤化物材料的发光调制。

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Lanthanide Doped Metal Halide Materials Based on 4f-4f Electronic Transitions: From Luminescence Regulation to Versatile Applications

Yingsheng Wang; Peipei Dang * ; Dongjie Liu; Guogang Li * ; Jun Lin *

原文链接：

https://doi.org/10.1021/accountsmr.6c00161

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