近红外发射[YbPrYb]异金属配合物中激发能定向传递的双向能量转移机制研究

《Inorganic Chemistry Frontiers》：Excitation energy funnelling in NIR-emissive [YbPrYb] heterometallic complexes

本研究针对分子内镧系离子间能量转移(ET)机制不明确的难题，研究人员开发了位点选择性分子支架，成功构建[YbPrYb]拓扑结构异金属配合物。通过光谱学分析发现Pr3+→Yb3+高效能量转移产生980 nm近红外发射，同时存在竞争性Yb3+→Pr3+反向传递，首次在分子体系中证实双向能量转移现象，为镧系元素光物理行为调控提供新范式。

　　

在镧系离子研究中，能量转移（Energy Transfer, ET）现象犹如分子级别的"能量舞蹈"，以往多在固态材料中观察到这种奇妙的相互作用。然而在分子结构精准定位的离散体系中，这种"原子尺度编舞"的研究仍属空白。研究人员巧妙设计了一种分子脚手架系统，利用H₂LA和H₂LB配体的协同作用，根据离子半径差异实现了镧系离子的"座位安排"：较大的Pr³⁺离子稳坐中央位置，而较小的Yb³⁺离子则占据两侧位置，形成独特的[YbPrYb]三明治结构。

这个被命名为[Yb₂Pr(LA)₂(LB)₂(H₂O)₂(py)]NO₃的化合物如同一个微型的能量中转站。科学家们还准备了[YbLaYb]和[LuPrLu]两个对照分子作为"参照组"，分别用于观察能量给体（Donor）和受体（Acceptor）的独立行为。

光物理研究揭示了令人惊叹的双向能量流转：一方面存在高效的Pr³⁺→Yb³⁺能量传递，产生980纳米波长的近红外（Near-Infrared, NIR）发光；另一方面还存在竞争性的Yb³⁺→Pr³⁺反向能量回流，导致非辐射能量耗散。寿命分析证实这两种能量传递路径都接近定量效率运转，如同分子级别的"能量跷跷板"。这项研究首次在分子复合物中捕捉到Pr³⁺?Yb³⁺双向能量转移的直接证据，展现了配体工程在调控镧系光物理行为方面的巨大潜力。