Adv. Mater.：白光LED也能暖暖的很貼心-紅光CQDs打造穩定高效的暖白光LEDs

【引言】

白光LED具有壽命長、結構緊湊、低能耗等優點，因而被認為是下一代照明工具的首選。其中，暖白光LED由于顯色指數高（CRI>80）且相關色溫低（CCT<4000），并且在用于室內環境照明時舒適且能夠延緩視覺疲勞，因而成為了研究熱點。目前，將藍光LED芯片與多色熒光粉結合是合成暖白光的一種常用方法。然而，該技術的主要缺點是合成的白光光譜中450-500 nm波段的藍光會對視網膜造成損傷。理想情況下，暖白光LEDs需要被紫外光激發，在此情況下紫外-LED芯片激發紅/綠/藍三色熒光粉發光來提高暖白光LED的顯色指數和色穩定性，這種方法能夠有效減輕藍光LED芯片對眼睛的傷害。

CQDs可調節發射熒光波長，具有高熱穩定性與光穩定性、價格低廉、環境友好等優點，高量子產率的熒光CQDs作為新型的熒光粉也開始應用在暖白光LEDs中。CQDs具有寬的發射譜，因而成為基于紅/綠/藍三色熒光粉紫外激發暖白光LEDs中理想的熒光材料。目前已有高量子產率的藍光和綠光CQDs誕生，但是制備紅光CQDs仍是亟待解決的難題。紅光CQDs具有更大的sp² π-共軛區域，這使得其更容易產生缺陷也更容易受到環境的干擾，而無法達到穩定高效的效果；若在白光LEDs發射光中沒有足夠的紅光這會使得白光溫度低并且顯色指數低，因而制備得到穩定高效的紅光CQDs極具必要性和挑戰性。在一些基于量子點的白光LEDs研究中，通常使用紅光稀土的熒光粉和一些半導體量子點，但這些暖白光LEDs在紅光區域的發射光譜較窄而效率較低。最近，有研究人員制備了46%量子產率的橘色光的CQDs，并在此基礎上制備了暖白光的LEDs，但是因為此暖白光LEDs的機理是基于藍光LED芯片輻射激發CQDs發射綠光和橘光，其顯色指數低。因此，制備高效紅光CQDs對于發展基于多色CQDs熒光粉的紫外激發暖白光LEDs十分重要。

【成果簡介】

近日，來自香港科技大學的楊世和教授（通訊作者）、北京師范大學的范樓珍教授（通訊作者）等人在Advanced Materials上發表題為 “53% Efficient Red Emissive Carbon Quantum Dots for High Color Rendering and Stable Warm White-Light-Emitting Diodes”的文章。在該文章中研究人員使用1, 3—二羥基萘為原料經過脫水縮合與脫氫平面化過程“由下至上”制備得到了高達53%量子產率的紅光CQDs，并首次實現基于CQDs熒光粉的紫外激發暖白光LEDs的制備，該暖白光LEDs的顯色指數高達97。此研究為探索研究價格低廉、環境友好、高性能的CQDs暖白光LEDs的發展提供了新思路。

【圖文導讀】

圖1 紅光CQDs制備過程與合成機理示意圖

?將1, 3—二羥基萘、KIO4分散于乙醇中進行溶劑熱反應，經提純得到紅光CQDs。溶劑熱反應的過程中，1, 3—二羥基萘發生脫水聚合與脫氫平面化。

圖2 紅光CQDs的TEM、Raman、XPS、FT-IR、NMR表征圖

（a）紅光CQDs TEM圖（插圖：高分辨TEM）

（b）紅光CQDs Raman光譜圖

（c）紅光CQDs C1s高分辨XPS能譜

（d）紅光CQDs 傅里葉紅外光譜圖

（e）紅光CQDs H¹ NMR譜圖

（f）紅光CQDs C¹ NMR譜圖

圖3 紅光CQDs UV-vis、PL、EL、時間分辨PL光譜圖

（a）紅光CQDs 紫外可見吸收光譜（黑線），熒光激發光譜（藍線），熒光發射光譜（紅線）

（b）紅光CQDs在不同激發光波長下的熒光光譜圖

（c）紅光CQDs紫外光電子能譜圖

（d）紅光CQDs時間分辨熒光光譜圖

圖4 CQDs與暖白光LED檢測分析及實物測試

（a）上圖為在太陽光照射下的藍光、綠光、紅光CQDs熒光粉；下圖為在紫外燈照射下的藍光、綠光、紅光CQDs熒光粉

（b）藍光、綠光、紅光CQDs熒光粉發射光譜

（c）工作的暖白光LEDs燈與其實物圖（插圖）

（d）暖白光LEDs的電致發光光譜

（e）暖白光LEDs的CIE色品圖

（f）商業白光LEDs燈照射下的水果顏色顯示圖

（g）CQDs暖白光LEDs燈照射下的水果顏色顯示圖

圖5 暖白光LEDs結構示意圖與暖白光LED發光實物圖

（a）基于藍、綠、紅光CQDs的三維層狀暖白光LEDs結構示意圖

（b）正在工作的LEDs燈發出暖白光實物圖

【小結】

在文中，作者通過溶劑熱法制備得到高效紅光CQDs，該CQDs的量子產率高達53%，是目前紅光CQDs量子產率的最高值。脫水縮合的過程能夠實現尺寸調控而脫氫平面化的步驟確保了高程度的π-共軛結構，克服了合成紅光CQDs的困難。基于此高效的紅光CQDs，結合藍光、綠光CQDs熒光粉制備得到了暖白光LEDs，該暖白光LEDs表現出優異的綜合性能（CCT：3875 K，CRI：97，發光效率：31.3 lm W^-1）。此工作為首篇關于基于CQDs熒光粉的紫外激發暖白光LEDs的研究，為高效CQDs暖白光LEDs的制備和應用提供了新思路。

文獻鏈接：53% Efficient Red Emissive Carbon Quantum Dots for High Color Rendering and Stable Warm White-Light-Emitting Diodes （Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702910）

本文由材料人編輯部新人組smilezengsha編譯，審核組李卓審核。

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