曾海波團隊量子點純色發光與廣色域顯示成果匯總

南京理工大學曾海波教授團隊聚焦半導體量子點發光顯示領域20年，全鏈條覆蓋半導體發光理論、量子點發光材料、量子點發光器件及量子點顯示技術多個角度。在此，梳理曾海波教授團隊在量子點發光與顯示領域的典型成果，從“首批三基色鈣鈦礦QLEDs”、“合成與發光調控”、“鈣鈦礦QLEDs高性能化”、“量子點高像素化顯示技術”以及“無鉛無鎘環保化”五方面展開介紹。論文引用超過1000次8篇，高被引論文50余篇（代表作整理見下圖），本文僅選取部分典型工作進行介紹。

一、首批三基色鈣鈦礦QLEDs

1.AdvancedMaterials：鈣鈦礦量子點首批實現電致發光

在傳統鎘基量子點被壟斷發光顯示市場的大背景下，發展有自主產權、無鎘、高品質的新型量子點LED，既是該領域的關鍵科學問題，也是我國量子點顯示工業化發展的關鍵技術問題。2015年，曾海波教授團隊在量子點顯示方面取得重要進展，發展了首批全無機鈣鈦礦量子點QLED發光器件體系，有望突破傳統鎘系量子點以及QDVision等國際公司的壟斷。該工作報道了基于全無機鈣鈦礦（CsPbX₃，X = Cl，Br，I）量子點的QLED。通過將硬脂酸銫（CsSt）熱注射到PbBr₂溶液中來合成高質量的CsPbX₃量子點。發光波長既可以通過量子點尺寸大小來調節，也可以通過改變X位來調節。量子點可以輕松分散在各種非極性溶劑（例如，甲苯，辛烷和己烷）中，用作基于溶液的光電器件的墨水。由典型量子點LED器件結構：ITO/PEDOT：PSS/PVK/QDs/TPBi/LiF/Al，構筑了無機鈣鈦礦量子點QLED器件，實現了紅綠藍三基色等多種顏色的電致發光，這是該體系QLED的首次報道。這表明無機鈣鈦礦量子點都有可能成為一類新的候選材料用于低成本的顯示，照明和光通信應用。該工作以“Quantum Dot Light-Emitting Diodes Based on Inorganic Perovskite Cesium Lead Halides (CsPbX₃)”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2015, 27, 7162.），DOI: 10.1002/adma.201502567。目前已獲SCI引用2600余次，入選ESI 1%高被引論文。

2.Advanced Materials：全無機鈣鈦礦量子點三基色光泵浦激光

全無機膠體銫鹵化鉛鈣鈦礦量子點（CsPbX₃，X =?Cl，Br，I）被認為是一類新的有利光學增益材料，在激光顯示領域也具有一定的應用潛力，顯示出膠體量子點和鹵化物鈣鈦礦的綜合優點。團隊與新加坡南洋理工大學孫漢東教授合作，是國際上較早實現了全無機鈣鈦礦量子點三基色光泵浦激光，且在室溫和大氣環境下即可觀察到這些鈣鈦礦QD的低閾值、波長可調和超穩定的紅綠藍三基色受激發射（SE）。該成果以“All-Inorganic?Colloidal Perovskite?Quantum?Dots：A?New?Class?of?Lasing?Materials?with?Favorable?Characteristics”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2015, 27, 7101.），已被SCI引用近1200次。DOI：10.1002/adma.201503573。

3.NaturePhotonics：單層鈣鈦礦白光QLED的首次報道

當前的白光電光源幾乎都基于多顏色發光中心的共同發光來實現白光電光源，從本質上存在如何實現多顏色發光中心共同電致發光，以及載流子如何在多顏色發光中心均衡分配的關鍵性問題。鑒于鈣鈦礦近年來所展示出的原料及制備低成本、光電及電光轉換高量子效率、柔性工藝兼容等優勢。本工作提出了一種新型的鈣鈦礦白光電致發光機制：基于鈣鈦礦結構相變誘導的“相變協同光電效應”。我們發現，鈣鈦礦CsPbI₃具有優異光學活性的黑相和非光學活性的黃相共存時，會引發兩相之間的光電協同效應。具體表現為具有良好載流子輸運性能的α-CsPbI₃會輔助δ-CsPbI₃進行載流子的傳輸，最終發射出寬光譜光，而α-CsPbI₃本征的紅光發射又很好地補充了δ-CsPbI₃寬光譜的紅光缺失部分，最終實現明亮高效的單層電致白光。通過精確設計兩相比例，實現了載流子的可調分配，并最終實現輸出可調的高效電致白光，外量子效率達6.5%，最大亮度為12200?cd?m^-2。這一“鈣鈦礦高效電致白光”新思路有望促進新一代照明顯示白光電光源的發展，將在鈣鈦礦與照明顯示交叉領域引起新一波研究熱潮。該成果以“Efficient and Bright White Light-Emitting Diodes Based on Single-Layer Heterophase Halide Perovskites”為題發表在Nature Photonics上（Nat. Photonics, 2021, 15, 238.）。DOI：10.1038/s41566-020-00743-1。

二、量子點合成與發光調控

1.AdvancedFunctionalMaterials：用于照明和顯示器的CsPbX₃量子點

CsPbX₃（X = Cl，Br，I）無機鈣鈦礦量子點（IPQDs），其中表現出超高光致發光（PL）量子產率（QYs）、低閾值激光和多色電致發光。然而，通常合成需要高溫、惰性氣體保護和局部進樣操作，嚴重不利于應用程序。在這里，IPQD的室溫（RT）合成，卓越的PL，潛在的起源和潛力在照明和顯示中報告。過飽和重結晶（SR），在室溫下操作，無惰性氣體和噴射操作。以保證激子的產生和室溫下的高速率輻射復合。而且，這種優越的光學優點賦予它們在照明和顯示器方面有前途的潛力，這些潛力是主要表現為顏色可調的白色發光二極管溫度和寬色域。該研究成果以“CsPbX₃?Quantum Dots for Lighting and Displays：Room Temperature Synthesis，Photoluminescence Superiorities，Underlying Origins and White Light-Emitting Diodes”為題發表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 2435.），已被SCI引用超過2100次，入選ESI高被引論文。DOI：10.1002/adfm.201600109。

2. AdvancedFunctionalMaterials：發展量子點缺陷發光機理研究方法

缺陷對氧化鋅的光學、光電子學性能有著非常顯著的影響。數十年來，ZnO可見發光的缺陷機制一直存在爭議，缺乏統一的理論解釋。近年來，我們發展了具有局域瞬態極端條件的液相激光燒方法，并進行納米顆粒的獨特微結構相關的物性研究。本工作，以較強藍色發光的ZnO納米顆粒為例，提出了半導體ZnO藍色發光的間隙缺陷態機制，發展了缺陷發光機理研究的精細激發依賴光譜方法，助力對缺陷發光機制的系統探索。一方面，研究了藍色發光對激發波長依賴性。發現：1，藍色發光存在幾個固定的擇優發射能量點；2，藍色發光到綠色發光的轉變，不是連續移動而是此消彼長的過程；3，藍色發光的激發譜可以延伸到可見光波段，相應激發能量明顯小于帶隙寬度，并存在一系列子峰。另一方面，對相關缺陷進行了電子順磁共振和正電子湮滅的研究。觀察到間隙鋅、空位氧、間隙鋅復合缺陷、間隙氫在一定條件下的共存；隨著藍色發光到綠色發光的轉換，間隙鋅和空位氧在EPR譜中存在強烈相關的變化。此外，通過更細致的微結構控制，可見發光獲得了一定稱度上的調控。該工作將有助于ZnO可見發光的最終確立，推動相關基礎研究與應用；同時也指出，相對于通常所注意的形貌、尺寸等，納米材料的微結構控制對其性能具有及其重要的意義。該成果以“Blue Luminescence of ZnO Nanoparticles Based on Non-Equilibrium Processes：Defect Origins and Emission Controls”為題發表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 567.），已被SCI引用近1800次。DOI：10.1002/adfm.200901884。

3.AdvancedMaterials：氨基介導的錨定鈣鈦礦量子點穩定、低閾值的隨機激光

鹵化物鈣鈦礦量子點被認為是光電探測器、發光二極管和激光的杰出候選者應用，但這些觀點受到嚴重穩定性的阻礙，包括化學和光學降解。本研究報告了氨基介導的將Pe-QD錨定到單分散二氧化硅表面有效抑制其光致發光的光學降解（PL）和隨機激光穩定性，從而實現高度穩定和低閾值的激光。胺介導的成核和生長過程是設計用于表面一般和一鍋合成Pe-QD的二氧化硅球。簡單的合成過程，可以在幾分鐘，確保可擴展生產。令人驚訝的是，在環境條件下儲存40 d后幾乎沒有觀察到PL降解，甚至 80%紫外燈持續照明后，PL強度可以保持108小時隨后，在存儲后實現極其穩定的隨機激光連續光學泵浦2個月或更長時間8小時。如此高的PL而激光穩定性源于隔離效應，由于有效錨定，將Pe-QDs彼此分離并抑制光誘導的再生和惡化。這部作品也將打開基于鈣鈦礦的多功能系統。該成果以“Amino-Mediated Anchoring Perovskite Quantum Dots for Stable and Low-Threshold Random Lasing”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2017, 29, 1701185.）。DOI：10.1002/adma.201701185。

4.AdvancedMaterials：CsPbBr₃量子點2.0：苯磺酸等效配體完全純化

鈣鈦礦量子點（Pe-QD）的穩定性和光電子器件性能受到現有配體策略的嚴格限制，因為這些配體表現出高度動態的結合狀態，制約了QD的純化和存儲。本工作開發了“Br等效”配體策略，其中所提出的強離子磺酸鹽，例如苯磺酸，可以牢固地結合暴露的Pb離子以形成穩定的結合狀態，并且還可以有效地消除由溴化物空位引起的激子捕獲的概率。從這兩個方面來看，磺酸鹽在完美的鈣鈦礦晶格中起到與天然Br離子相似的作用。使用這種方法，可以容易地實現高光致發光量子產率（PLQY）>90％，而不需要胺相關配體。此外，制備的PLQYs在8個純化循環，超過5個月的儲存和高通量光照射后得到良好維持。該成果以“CsPbBr₃?Quantum Dots 2.0：Benzenesulfonic Acid Equivalent Ligand Awakens Complete Purification”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2019, 31, 1900767.）。DOI：10.1002/adma.201900767。

5.AdvancedMaterials：稀土納米晶雙模發光

近年來，稀土發光材料因具有窄帶發射峰、長熒光壽命及高穩定性等優異的光學特性，在防偽和信息安全等領域表現出潛在的應用價值而備受關注。然而，現有存儲防偽信息的稀土發光體系存在熒光模式過于單一、需要特定的激發光源及發光顏色不可調等不足之處，從而導致信息存儲及防偽的容量有限等問題而面臨被破譯的風險。因此，深入研究稀土發光機理以及對光譜精確調控，對于推進稀土發光材料在信息存儲及熒光防偽領域的實際應用具有重要意義。針對以上問題，曾海波教授團隊聯合南京林業大學理學院楊小飛教授團隊提出一種構建雙模式熒光體系的設計策略，通過利用核殼結構界面上的能量傳遞過程和稀土離子的交叉馳豫機制，在納米尺寸的能量傳遞中實現了多種稀土離子的上轉換和下轉換發光光譜的精確調控。這一發現為稀土納米晶特種發光功能的設計提供了新的思路，展示了更易操作、更加保密的防偽應用。同時，該研究有利于在納米尺度上理解和調控稀土離子之間的相互作用和發光行為，為研發具有自主知識產權的新型稀土發光材料提供了研究思路。該成果以“Energy Manipulation in Lanthanide- Doped Core–Shell ?Nanoparticles for Tunable Dual-Mode Luminescence toward Advanced Anti-Counterfeiting”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2020, 32, 2002121.）。DOI：10.1002 adma.202002121。

6.Matter：水溶性鈣鈦礦量子點熒光免疫檢測方法學

在及時檢測（POC test）中，定量的熒光免疫檢測是一種重要且有用的檢測方法，覆蓋食品安全、臨床醫療、環境檢測等多個領域。多年來，熒光免疫檢測中關鍵的標記材料雖經過充分發展，在延續了高發光效率的基礎上，發光半峰寬也得到了明顯縮減，卻依然難以跨越30nm的門檻，不能實現多目標檢測應用。近年來在光電領域大熱的鈣鈦礦材料，兼具窄發光、高產率、易制備的優勢，是十分有潛力的多目標檢測熒光標記材料。但要滿足免疫檢測的需求，須保證其儲存穩定性，并能在水溶液中較好的分散，而這正是鈣鈦礦材料當前發展的瓶頸——恐水、易解離。本文開發了一種新型熒光標記材料——鈣鈦礦納米晶，并成功構建了可用于POC test、普適的、定量免疫檢測方法。通過對鈣鈦礦的表面功能化解決了其穩定性及水分散難題，實現了3.4 mg/mL的分散度。并基于靜電吸附原理構筑了普適多種被檢物的熒光探針，建立了相應的標準曲線，實現了以AFM₁和CEA為例的定量免疫分析。該研究工作提供了一種超窄發光、高效的熒光探針，大大縮短了鈣鈦礦材料與生物領域應用的距離，為將來的多目標免疫檢測奠定了堅實基礎，促進POC test的應用發展。該研究成果以“Perovskite Nanocrystal Fluorescence-Linked Immunosorbent Assay Methodology for Sensitive Point-of-Care Biological Test”為題發表在Matter上（Matter, 2020, 3, 273.）。DOI：10.1016/j.matt.2020.05.004。

7.AdvancedMaterials：單分散鈣鈦礦量子點的“乳化-破乳”成核調控

全非極性溶劑的室溫技術繞過了離子鈣鈦礦對極性溶劑敏感性，對金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶體（PNCs）的合成具有吸引力。然而，對PNCs的內部機制，特別是前體的狀態和結晶過程缺乏了解，阻礙了該技術的進一步發展。華中科技大學Lei?Wang、暨南大學Lintao Hou以及南京理工大學曾海波等人，通過對Pb前體的系統研究和PNCs的原位表征，揭示了Pb前體反膠束性質創建了一個新的破乳結晶（D-C）模型，即PNCs的兩階段成核被破乳過程劃分。在此基礎上，通過使用多酸陰離子協同輔助策略定制D-C模型，獲得高質量的PNCs，以及基于PNCs的綠色發光二極管的最高效率，最大外量子效率為22.5%。除了高效率之外，這項工作為PNC合成中的各種想法鋪平了道路。該成果以“A Demulsification-Crystallization Model for High-Quality Perovskite Nanocrystals”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, 35, 2206969.）。DOI：10.1002/adma.202206969。

8.ScienceAdvances：基于金屬鹵化物的密度判別色度X射線成像

前期，團隊已從X射線成像關鍵材料出發，發展了一類高性能閃爍體新材料，并探索了其大面積膜制備工藝和成像原型樣機的演示。基于上述工作基礎，本工作創新性地提出了一種“多層彩色X射線成像系統”，解決了目前多能X射線成像領域輻射劑量高（雙源X射線切換模式）和結構復雜（多層探測器）等問題，首次實現了彩色化、且攜帶物體密度信息的能量分辨X射線成像：1、通過能量硬化層的設計和優化，疊層閃爍體可以實現X射線能量/物體密度色彩分辨的成像。結果顯示，隨著物體密度的變化，成像光譜可以線性地從一種顏色漸變到另一種顏色。2、針對密度較大的區域產生的成像灰度較低的問題，開發的深度優先搜索算法平衡了成像色彩亮度，增強了彩色X射線成像結果的整體視覺感知力。該項工作為生理病灶、工業檢測色彩化定位提出了一種成像新范式。該成果以“Density-Discriminating Chromatic X-ray Imaging Based on Metal Halide?”為題發表在Science Advances上（Sci. Adv. 2023, 9, eadh5081.）。DOI：10.1126/sciadv.adh5081。

三、鈣鈦礦QLEDs高性能化

1. AdvancedMaterials：表面態調控提升QLED器件效率

無機鈣鈦礦表現出更高的熱穩定性，有益于發光器件的實際應用。然而較低的電致發光性能又大大限制了無機鈣鈦礦材料在發光器件中的應用，而量子點的表面配體是影響其性能的主要因素之一。本工作提出了鈣鈦礦量子點表面配體調控的“混合溶劑提純法”，實現了量子點墨水高穩定性、量子點膜高均勻性、高光致發光效率、有效電荷注入等四個要素的共存。量子點經過兩次混合溶劑提純之后表面配體密度顯著降低，但又能保證量子點表面的充分鈍化，熒光量子產率保持在80%以上，并大幅度地提高了發光器件電荷注入效率，成功制備出當時報道的CsPbBr₃-QLED最高外量子效率，達到6.27%，比前期提高了近50倍，亮度也超過15000 cd/m²。該表面態調控方法一定程度上解決了無機鈣鈦礦量子點提純難題，有助于推動無機鈣鈦礦在實際發光器件，尤其是柔性高清顯示器中的應用。該研究成果以“50-Fold EQE Improvement up to 6.27% of Solution-Processed All-Inorganic Perovskite CsPbBr₃?QLEDs via Surface Ligand Density Control”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2017, 29, 1603885.）。已被SCI引用超1100次，為ESI高被引、熱點論文。DOI：10.1002/adma.201603885。

2. AdvancedMaterials：三重配體協同助力QLED器件效率提升

開發高效、低成本、能夠產業化的鈣鈦礦量子點材料，主要面臨的問題有：①如何避免采用復雜合成工藝（如高溫，保護氣），獲得高質量發光量子點；②針對鈣鈦礦量子點的離子特性以及高動態的表面特征，如何開發可行的表面配體調控量子點表面態，使之同時兼具高效發光和有效電荷注入。本工作提出了鈣鈦礦量子點表面態的三重配體協同室溫調控策略。該策略同時實現了合成成本的大幅度降低和高品質發光性能的獲得，包括高熒光量子產率（> 90%）和單一輻射衰減（單指數衰減的最佳擬合優度（χ²）為0.986）。在非極性甲苯溶液中，利用四丁基溴化銨（TOAB），雙十二烷基二甲基溴化銨（DDAB）和辛酸（OTAc）三種配體在合成過程中的協同作用，保證了高的輻射發光和電輸運特性，獲得了高效的量子點發光二極管。這三種配體的協同作用賦予室溫合成的鈣鈦礦發光量子點高的油墨穩定性、近完美的發光性能、有效的電荷注入與輸運特性。最終，成功制備出高效的鈣鈦礦量子點電致發光二極管器件，EQE為11.6%，相應的內部量子效率（IQE）和功率效率分別為52.2%和44.65 lm W^-1，是當時該體系綠光量子點QLED的最高值。該研究成果以“Room-Temperature Triple-Ligand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs”為題，發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2018, 30, 1800764.）。DOI：10.1002/adma.201800764。

3. AdvancedMaterials：有機-無機雜化配體鈍化實現QLED性能提升

負載了大量長鏈有機配體的鈣鈦礦QD可以實現接近100%的發光效率，但同時也阻擋了載流子輸運，與QLED器件性能提升相悖。本工作提出了提升鈣鈦礦綠光QLEDs效率的有機-無機雜化配體鈍化量子點的普適策略。該策略不僅能夠有效減少QDs的表面缺陷位點，抑制非輻射復合，保證高效發光特性，更重要的是，短鏈無機配體的引入能夠顯著改善載流子注入和輸運性能，進而提升器件的復合效率。使用辛酸（OTAc）和DDAB作為有機配體以確保QDs高的油墨穩定性；進而，在鈍化過程中，引入無機金屬溴化鹽（ZnBr₂、MnBr₂、InBr₃或GaBr₃等）來調控其表面態，在QD表面形成有機-無機雜化配體（OIHL）；QD展現出高效的輻射發光和有效的載流子注入與輸運性能，并助力全無機鈣鈦礦綠光QLED在性能方面獲得重要進展，器件的外量子效率均實現了~40%的改善。其中，以ZnBr₂為例，效率最高達到了16.48%，相應的內量子效率（IQE）和發光效率分別為74.2%和66.7 cd A^?1，為目前該體系綠光QLED當時的最高值。該研究提出的鈣鈦礦量子點OIHL鈍化策略具有普適性和高效性，將推動鈣鈦礦QLED在發光、顯示領域邁向工業化。上述結果以“Organic-Inorganic Hybrid Passivation Enables Perovskite QLEDs with an EQE of 16.48%”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2018, 30, 1805409.）。DOI：10.1002/adma.201805409。

4. Journalofthe American Chemical Society：Ce³⁺摻雜調制發光動力學提升QLED性能

幾年前，CsPbBr₃量子點的組分以及帶隙調控主要通過合成后的快速陰離子交換來實現，同時保留量子點本身的尺寸和形貌。中國科學技術大學的姚宏斌（通訊作者）、張群（共同通訊作者）課題組和南京理工大學的曾海波（共同通訊作者）課題組合作，報道了通過簡單的熱注入法摻雜Ce³⁺離子來提高CsPbBr₃量子點的光/電致發光效率的研究工作。合作團隊發現，通過將CsPbBr₃量子點中Ce³⁺離子的摻雜量提高到2.88%時，量子點的光致發光量子產率（PLQY）達到89%，光譜表征顯示Ce³⁺摻雜可以有效調制CsPbBr₃量子點的發光動力學，進而提高量子點的PLQY。同時，采用摻雜Ce³⁺的CsPbBr₃量子點作為發光層制備的LED器件，與未摻雜的CsPbBr₃量子點相比，器件的外量子效率（EQE）從1.6%提高到了4.4%。他們的研究表明鑭系元素離子摻雜到鈣鈦礦量子點中可以進一步實現對這類新型半導體量子點性能的多樣化調控。該研究成果以“Ce³⁺-Doping to Modulate Photoluminescence Kinetics for Efficient CsPbBr₃?Nanocrystals Based Light-Emitting Diodes”為題發表在Journal of the American Chemical Society上（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3626-3634.）。DOI：10.1021/jacs.7b11955。

5. Light:Science & Applications：鈣鈦礦量子點光發射-光探測一體化可穿戴光通訊

鈣鈦礦材料具備高的發光效率、優異的發光品質、高的載流子遷移率，在發光及探測領域受到了廣泛研究。但是量子點墨水通常采用低表面張力的非極性溶劑，這注定了其在纖維基底表面高度動態的成膜特性，無疑限制了纖維狀光電器件的制備。本文設計了一種雜化的鈣鈦礦量子點墨水，通過改善毛細管力實現了纖維基底上超平滑鈣鈦礦量子點薄膜的構筑。利用鈣鈦礦量子點本身優異的光電性能，解決了載流子分離和復合之間的矛盾過程，進一步制備了發光-探測雙功能的可穿戴纖維LiFi器件，并實現了探測+數據發送同時進行的全雙工的纖維LiFi器件。低成本、溶液法制備的全雙工鈣鈦礦量子點基纖維器件在新型顯示、可穿戴設備領域具有廣闊的應用前景。此外，高性能雙功能纖維器件的構筑、高密度雙工纖維器件的集成、基于雙工纖維的可交互顯示織物的構筑、器件穩定性的提升、更多功能的集成，都是該型器件走向應用路上必須要結決的問題，有待于進一步研究。該研究成果以“Perovskite light-emitting/detecting bifunctional fibres for wearable LiFi communication”為題發表在Light: Science & Applications上（Light Sci. Appl. 2020, 9, 163.）。DOI：10.1038/s41377-020-00402-8。

6. NatureCommunications：鈣鈦礦量子點QLED雙面鈍化

鈣鈦礦型量子點發光二極管（QLEDs）具有廣色域、色彩真實表現的特點，被認為是高質量照明和顯示的候選材料。然而，在量子點（QD）膜組裝過程中容易產生大量缺陷，這將嚴重影響載流子注入，傳輸和復合，并最終降低QLED性能。本工作報道了一種通過用有機分子鈍化QD膜的頂部和底部界面的雙邊鈍化策略，從而極大地提高了鈣鈦礦QLED的效率和穩定性。氧化膦分子，二苯基氧化膦-4-（三苯基甲硅烷基）苯基（TSPO1），被用作典型的鈍化分子。采用密度泛函理論(DFT)計算揭示了缺陷陷阱的減少和非輻射復合。通過瞬態TA譜分析和空間電荷限制電流方法進一步驗證了缺陷的減少，激子復合效率的提高體現在量子點薄膜的量子阱密度增加(從43%提高到79%)和電光轉換效率的提高（量子發光二極管的電流效率從20提高到75 cd A^-1，最大量子效率從7.7%提高到18.7%）。除TSPO1外，該體系中使用的其他一系列有機分子也取得了令人印象深刻的結果，顯示了這種雙邊鈍化方法的普適性。同時，由于鈣鈦礦分子與鈣鈦礦的強相互作用和鈣鈦礦與CTL之間的阻擋作用，雙邊鈍化的分子使薄膜和發光二極管具有更高的穩定性。觀察到T50的工作壽命提高了20倍（從0.8 h增加到15.8 h）。此外，雙向鈍化有望抑制量子點薄膜和電荷傳輸層之間的界面缺陷。這一發現突顯了在QD薄膜的兩個界面上進行鈍化對于構建高性能的鈣鈦型QLED以及其他基于QD的光電子器件(包括太陽能電池和光電探測器)的重要性。該工作以“A Bilateral Interfacial Passivation Strategy Promoting Efficiency and Stability of Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes”為題發表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2020, 11, 3902.）。DOI：10.1038/s41467-020-17633-3。

7. AdvancedMaterials： 2020純紅色鈣鈦礦發光二極管

由于現有發射器存在發光特性和光譜不穩定性問題，實現具有純紅色電致發光的高性能鈣鈦礦發光二極管（PeLED）用于實際應用仍然是一個嚴峻的挑戰。電子科技大學白賽、暨南大學Lintao Hou以及南京理工大學曾海波等人報告了高效Rec-2020純紅色PeLED基于CsPb(Br/I)₃?鈣鈦礦納米晶體(NC)封端，并具有陽離子-π相互作用的芳香族氨基酸配體，同時表現出卓越的亮度和光譜穩定性。研究證明，鈣鈦礦單元的PbI₆^-八面體與色氨酸（TRP）分子的富電子吲哚環之間的強陽離子-π相互作用不僅可以化學拋光不完美的表面位點并誘導NC的晶體重建，而且還顯著提高了配體分子的結合親和力，導致高光致發光量子產率并大大增強了CsPb(Br/I)₃?NC的光譜穩定性。此外，小尺寸芳香族TRP配體的加入確保了組裝發射層的卓越電荷傳輸性能。由此產生的器件在635 nm左右發光，表現出22.8%的冠軍外量子效率、12910 cd m^?2的最大亮度和出色的光譜穩定性，代表了性能最佳器件之一。目前已實現Rec-2020純紅色PeLED。該研究成果以“Ligand-induced Cation-π Interactions Enable High-Efficiency, Bright And Spectrally Stable Rec. 2020 Pure-Red Perovskite Light-Emitting Diodes”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, 2303938.）。DOI：10.1002/adma.202303938。

8. NatureCommunications：高效柔性、大面積紅綠藍鈣鈦礦量子線LED

金屬鹵化物鈣鈦礦作為下一代固態照明和顯示技術的潛在候選者顯示出巨大的前景。然而，一種通用的無有機配體和無抗溶劑的溶液方法來制造高效全色鈣鈦礦發光二極管尚未實現。香港科技大學范智勇和南京理工大學曾海波等人以超小孔徑的多孔氧化鋁膜為模板，采用通用的無有機配體、無反溶劑溶液法，成功制備了超高密度、優異均勻性的晶體全無機鈣鈦礦量子線陣列。量子限制效應與高光輸出耦合效率相結合，導致藍色、天藍色、綠色和純紅色鈣鈦礦量子線陣列具有高光致發光量子產率。通過引入表面鈍化和空穴傳輸層的雙功能小分子和鹵化物空位修復劑，成功地制備了光譜穩定的藍色、天藍色、綠色和純紅色LED器件，其外量子效率分別為12.41%、16.49%、26.09%和9.97%。該研究成果以“High-efficiency, flexible and large-area red/green/blue all-inorganic metal halide perovskite quantum wires-based light-emitting diodes”為題發表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2023, 14, 4611.）。DOI：10.1038/s41467-023-40150-y。

四、QD高像素化顯示技術

1. AdvancedMaterials：鈣鈦礦發光墨水的流變性調控及噴墨印刷技術

基于噴墨打印技術，以墨水印刷流變學系統為基礎，結合蒙特卡羅模擬（Monte Carlo simulations）詳細論證了如何開發出高質量和穩定的鈣鈦礦量子點墨水。通過這種量身定制的三元無鹵環保溶劑（萘烷、正十三烷和正壬烷）配方，獲得了高分散性和穩定性的CsPbBr₃量子點墨水，其印刷適性和成膜能力遠優于二元溶劑（萘烷和正十三烷）體系，從而產生質量更好、表面缺陷更少的鈣鈦礦量子點薄膜。經過多角度實驗研究，相關機制表明，與對照二元相比，將低沸點溶劑（正壬烷）添加到鈣鈦礦量子點油墨中可以大大抑制量子點聚集并加速溶劑蒸發以及抑制咖啡環效應。因此，基于該三元溶劑墨水在噴墨打印的綠光鈣鈦礦QLED中實現了創紀錄的8.54%的最大外量子效率 (EQE) 和 43883.39 cd/m2的最大亮度，遠高于基于二元溶劑的器件 (EQE～2.26%）。此外，三元溶劑系統在噴墨打印的紅光和藍光鈣鈦礦QLED以及鎘(Cd)基 QLED 中表現出普遍適用性。這項工作展示了一種為高效噴墨打印QLED以及未來其他溶液加工電子器件量身定制通用溶劑墨水系統的新策略。研究工作以“A Universal Ternary-solvent-Ink Strategy toward Efficient Inkjet-Printed Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes”為題發表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2022, 34, 2107798.），該文章已入選ESI Top 1%高被引論文。DOI：10.1002/adma.202107798。

2. Nanoscale：實現全溶液環保型Mini-QLED

Micro/mini-LEDs具有低功耗，快響應，高分辨率等獨特優勢，因此他們被當作第四代顯示技術，在商業界與科研領域都吸引了大量的注意力。量子點發光材料，由于具有低成本的優勢和杰出的光電性能（比如：光譜可調、高的量子產率），在最近幾十年得到了更多關注。該工作聚焦低成本環保型量子點顯示技術，開發出全溶液旋涂技術處理功能層和電極陣列化技術相結合的技術路線，成功實現了基于環保型藍光量子點ZnSeTe/ZnS的mini-QLEDs。不同尺寸的 mini-QLEDs（500 um*500 um、200 um*200 um、100 um*100 um、50 um*50 um）實現的PPI分別為：36、90、180、360，可以滿足電視、電腦、手機的顯示需求。同時，通過調節陣列化的陽極/陰極，柔性或者玻璃襯底的mini-QLEDs都可以實現了圖案化顯示功能。值得注意地是，這類mini-QLEDs一方面可以兼容AM/PM顯示技術路線，另一方面可以結合紅/綠色轉換層，實現全色顯示。該研究成果以“Full Solution-Processed Heavy-Metal-Free Mini-QLEDs for Flexible Display Applications”為題發表在Nanoscale上（Nanoscale, 2022, 14, 12736-12743.）。DOI: 10.1039/d2nr03082a。

3. Advanced Materials Technologies：激光輔助量子點圖案化顯示

量子點材料在下一代顯示中具有重要應用，因此發展量子點圖案化、陣列化技術十分重要。我們提出了一種基于激光直寫的鈣鈦礦量子點圖案化方法，該方法簡單快速無掩模可編程。 包括三個步驟:旋轉涂層鈣鈦礦量子點形成薄膜，激光直寫鈣鈦礦量子薄膜，最后用溶劑洗滌。激光作用在鈣鈦礦量子點上，會去除其表面的活性劑，洗滌時不容易被去除，因此留下圖案。通過激光掃描形成的許多微尺度量子點線，組成宏觀的顯示圖像。可以通過改變激光直寫參數包括激光光斑的大小、掃描速度和激光能量等因素來控制量子點線的物理特性，最小線寬3.3微米。此外，我們演示了大尺寸(100mm×100mm)的激光直寫圖案化，說明這種方法具有巨大的顯示應用潛力。該成果以“Simple and Fast Patterning Process by Laser Direct Writing for Perovskite Quantum Dots”為題發表在Advanced Materials Technologies上（Adv. Mater. Technol. 2017, 2(10): 1700132）。DOI：10.1002/admt.201700132。

五、無鉛無鎘環保化量子點

1. NanoLetters：I-III-VI量子點及其衍生物研究進展

傳統Cd和Pb基量子點具有優異的光電性能，但在環境和生物毒性方面則越來越成為發光量子點的掣肘。I-III-VI量子點及其衍生物具有全可見光覆蓋、高效率、組分依賴帶隙、優異的穩定性和無毒性等特點，有望成為環保型發光量子點的理想候選者。本文綜述了I-III-VI量子點及其在led中的應用研究進展。首先，根據其電子能帶結構特征，闡述了發光機理。其次，圍繞I-III-VI量子點，對其合成機理、光物理性質調控作了詳細探究，并對相應應用進展，特別是在發光二極管中的應用進展作了重點介紹。最后，我們對量子點和量子發光二極管的整體現狀和挑戰進行了展望，并提出了促進量子點和量子發光二極管發展的性能改進策略，提出了該領域的未來發展方向。該工作以“I-III-VI Quantum Dots and Derivatives: Design, Synthesis, and Properties for Light-Emitting Diodes”為題發表在Nano Letters上（Nano Lett. 2023, 23, 2443.）。DOI：10.1021/acs.nanolett.2c03138。

2. ACS Applied Materials & Interfaces：超薄殼層鈍化量子點固有缺陷實現高效發光

I-III-VI (I：Ag⁺/Cu⁺，III：Ga³⁺/In³⁺，VI：S^2-/Se^2-) 量子點及其衍生物具有無毒、純色、高光致發光量子產率和全可見光覆蓋等優異的光電特性，是替代Ⅱ-Ⅵ（如CdSe）和鈣鈦礦量子點（CsPbX₃）的理想候選材料。然而，在多元素體系中，雜亂的陽離子排列容易導致多種表面空位形成，導致非輻射復合與非平衡載流子分布，嚴重限制了材料和器件性能的提高。該工作基于Zn-Ag-In-Ga-S多元環保型量子點，構建了一個超薄的硫化銦殼結構，可鈍化電子空位與轉換供體/受體能級濃度。優化后的富銦2層硫化銦結構不僅可通過防止V_S的進一步形成提高輻射復合率，還實現了典型的DAP發射增強，在628 nm處PLQY顯著提高至86.2%。此外，優化后的結構可以減輕晶格畸變，使量子點內的載流子分布更加均衡。在此基礎上，獲得了迄今為止最高外量子效率的紅色量子點發光二極管（EQE：5.32%），為提高Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ量子點發光二極管的效率提供了一種新的方案。該研究成果以“Eco-Friendly Zn-Ag-In-Ga-S Quantum Dots: Amorphous Indium Sulfide Passivated Silver/Sulfur Vacancies Achieving Efficient Red Light-Emitting Diodes”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

曾海波教授簡介

曾海波，國家杰出青年基金獲得者，國家“萬人計劃”領軍人才，英國皇家化學會會士，美國光學會會士，國際信息顯示學會中國顯示材料分會執行委員，中國顆粒學會發光顆粒專委會主任委員，Nature集團《Advanced Materials & Devices》、《無機材料學報》副主編。

長期從事半導體量子點發光顯示研究，創建了新型顯示材料與器件工信部重點實驗室，在量子點發光理論與合成調控、QLED發光器件、Micro-LED顯示技術等方面做出了系統性創新，發表論文400余篇，包括《自然·光子學》《自然·電子學》《自然·材料》《自然·材料·評論》《自然·通訊》《科學·進展》等Nature、Science子刊15篇，獲引用50,000余次，單篇引用超過1000次8篇，最高2500余次，入選“中國百篇最具影響國際學術論文”2篇，入選2017-2022全球高被引科學家及前2%頂尖科學家，獲省部級科技獎一等獎3項（2項排名第一，1項排名第四）、江蘇省教學成果獎一等獎1項（排名第一）、國家教學成果獎二等獎1項（排名第一）。