Angew. Chem. Int. Ed.: 用膠體法合成的WOn-WX2 (n=2.7, 2.9; X=S, Se)異質材料制作高量子效率的量子點發光二極管

【引言】

層狀過渡金屬二硫屬化物（TMD）和過渡金屬氧化物（TMO）由于其獨特的電子和結構特性以及各種潛在應用受到廣泛關注，其中WS₂、WSe₂和WO₃是被用于制作光電器件、場效應晶體管、光電化學氫析出、發光二極管（LED）、存儲器件和傳感器等的性能優良的半導體材料。此外，研究表明兩種材料一起生長能獲得光電磁性能更優良的異質材料。近來，基于TMD的二維異質材料的研究非常火熱，通常該材料利用TMDs的晶格小失配橫向異質外延生長制備得到。但由于TMDs和TMOs晶格大失配，合成二維的TMD-TMO異質結構很困難。因此開發一種便捷高效的合成TMD-TMO異質結構的方法勢在必行。

相比傳統的固態LED，量子點發光二極管（QLED）優勢明顯，其發射譜帶窄、光穩定性好而且制作成本低。現有的QLED主要用聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）注入涂覆氧化銦錫（ITO）電極得到，但這種QLED有兩大缺點：PEDOT:PSS的酸性和吸濕性會腐蝕ITO電極，縮短設備使用壽命；PEDOT:PSS在熱、水和氧氣存在時會降解，導致器件性能下降。因此找到PEDOT:PSS的替代材料是制作性能更優良QLED的有效途徑。

【成果簡介】

近日，新加坡南洋理工大學張華教授、孫曉偉教授和沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學Han Yu教授（共同通訊）合作在Angew. Chem. Int. Ed.發表了題為Synthesis of WO_n-WX₂ (n=2.7, 2.9; X=S, Se) Heterostructures for Highly Efficient Green Quantum Dot Light-Emitting Diodes的文章。該研究研發了一種新型的濕法制備TMD-TMO異質結構WO_n-WX₂ (n=2.7, 2.9; X=S, Se)的方法——膠體法，為了驗證該材料的應用前景，他們用合成得到的材料制作了一系列QLEDs（the quantum dot LEDs，量子點發光二極管），最后得到了量子效率高達8.53%的綠色QLEDs，該二極管量子效率是目前同類材料制作的二極管中最高的，有望替代PEDOT:PSS制作QLED。

[致歉：很抱歉，未能找到通訊作者Han Yu的確切中文名字，小編表示誠摯的歉意！]

【圖文導讀】

圖1. WO_n-WX₂ (n=2.7, 2.9; X=S, Se)膠體法合成原理

a)第一步：合成WO_2.9NP

b)第二步：合成WO_2.9 NP-WX₂ NS異質材料

c)第三步：合成WO_2.7NW

d)第四步：合成WO_2.7 NW-WX₂ NS異質材料

圖2. WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料的物理化學表征

a) WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料的掃描透射電鏡圖，圖中頂部和底部白色方塊分表示2H相和1T'相的WS₂ NS

b) WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料中2H相WS₂ NS的電子衍射圖

c) WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料中1T'相的WS₂ NS的電子衍射圖

d) WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料的透射電鏡圖

e) WO_2.9 NP-WS₂ NS異質材料中W元素的高倍4f軌道XPS圖譜

圖3. WO_n-WX₂異質材料制作QLEDs及性能研究

a)制作QLED的裝配原理圖

b)QLED的能級圖

c)電壓為6V時QLED發光的圖片

d)電壓為6V時QLED的EL（電致發光）光譜圖

e)QLED的電流密度和最大熒光強度與偏置電壓的關系圖

f)QLED的量子效率和電流效率和電流密度的關系圖

【小結】

該研究開發了一種便捷通用的合成WO_n-WX₂ (n=2.7, 2.9;X=S, Se) 異質材料的方法，并用得到的該材料作為界面緩沖材料制備了QLED設備，設備量子效率高達8.53%，有望替代用PEDOT:PSS制作的QLED，用無機納米材料替代有機發光材料，為新型QLED的研發指明了方向。

文獻鏈接：Synthesis of WOn-WX2 (n=2.7, 2.9; X=S, Se) heterostructures for highly efficient green quantum dot light-emitting diodes (Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201705617)

本文由材料人編輯部許城秀編譯，劉宇龍審核，點我加入材料人編輯部。

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