科学家开发出一种通过改变化学环境调控稀土元素发光颜色与亮度的方法，为设计先进发光材料开辟了新途径。
高等经济大学与俄罗斯科学院石油化工合成研究所的研究团队发现了一种可同时调控稀土元素发光颜色和亮度的方法。通常情况下，这些元素的发光特性具有高度可预测性，例如铈离子通常发射紫外线。
但科学家证实这种发光特性可被改变。通过构建特定化学环境，他们成功使铈离子发出黄色荧光而非惯常的紫外光。这一突破可能推动新型光源、显示技术和激光系统的研发。相关研究成果已发表于《光学材料》。
稀土元素在微电子、LED和荧光材料领域具有重要应用价值，因其能发射精确界定颜色的光线。这种特性源于其电子在吸收与释放能量时的独特行为。
当原子从光或电流等能源吸收能量时，其某个电子会跃迁至高能级。这种激发态并不稳定，电子会迅速返回基态，并以光的形式释放多余能量，此过程即为发光现象。
轨道跃迁及其典型稳定性
稀土元素的发光源于4f轨道间的电子跃迁 —— 这些围绕原子核的电子驻留区域。通常此类跃迁能量固定，导致发光颜色恒定：铈发射不可见紫外光，铽则发出绿光。
4f轨道深藏原子内部，与外界环境相互作用微弱。相较之下，5d轨道虽易受外部影响，但由于能量过高通常不参与镧系元素的发光过程。
然而，高等经济大学与俄罗斯科学院的研究团队证实，通过调整金属的化学环境可改变辐射颜色。他们使用有机配体（包围金属离子的分子）合成了铈、镨、铽配合物。这些配体不仅构建了配合物的几何结构，更影响其特性。在所有案例中，三个环戊二烯阴离子对称分布于金属周围。
这些阴离子由规则的五边形碳环构成，连接大体积有机基团以提供所需结构。这种特殊环境在离子周围形成特定静电场，改变5d轨道能量从而影响发光光谱。
揭示变化机制
"先前虽观察到发光颜色变化，但其机理尚未明确。如今通过与物理学家合作，我们终于揭示了其作用机制。我们刻意设计了具有非典型镧系电子结构的化合物。不同于单一案例研究，我们系统合成了从铈到铽的系列化合物，以观察其性质变化并寻找共性规律。"高等经济大学化学系硕士生丹尼尔·巴尔东诺夫解释道。
传统化合物中，铈发射300-400纳米紫外光。在新配合物中，其发射光谱红移至655纳米，表明4f与5d能级间能量差缩小。其他镧系元素也观察到类似能级重组现象，并伴随发光特性改变。
"理解此过程需先掌握能量传递机制。通常配体分子吸收紫外光进入激发态，再将能量转移至金属原子促使其发光。"论文通讯作者、分子系统与材料化学项目学术主管德米特里·罗伊特施泰因解释道，"但在新化合物中，能量传递路径发生改变：并非直接转移至4f电子，而是通过中间5d态进行。"
研究团队认为，能够预测发光光谱将大幅提升材料设计效率，避免耗时的试错过程。这一突破有望加速新型先进光源的研发。
"我们精确揭示了原子环境如何影响电子跃迁和镧系发光特性。"高等经济大学化学系本科生费奥多尔·切尔年基表示，"现在我们可以通过定向选择化合物结构来调控发光，制备具有特定光学性能的材料。"
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