曾海波团队量子点纯色发光与广色域显示成果汇总

南京理工大学曾海波教授团队聚焦半导体量子点发光显示领域20年，全链条覆盖半导体发光理论、量子点发光材料、量子点发光器件及量子点显示技术多个角度。在此，梳理曾海波教授团队在量子点发光与显示领域的典型成果，从“首批三基色钙钛矿QLEDs”、“合成与发光调控”、“钙钛矿QLEDs高性能化”、“量子点高像素化显示技术”以及“无铅无镉环保化”五方面展开介绍。论文引用超过1000次8篇，高被引论文50余篇（代表作整理见下图），本文仅选取部分典型工作进行介绍。

一、首批三基色钙钛矿QLEDs

1.AdvancedMaterials：钙钛矿量子点首批实现电致发光

在传统镉基量子点被垄断发光显示市场的大背景下，发展有自主产权、无镉、高品质的新型量子点LED，既是该领域的关键科学问题，也是我国量子点显示工业化发展的关键技术问题。2015年，曾海波教授团队在量子点显示方面取得重要进展，发展了首批全无机钙钛矿量子点QLED发光器件体系，有望突破传统镉系量子点以及QDVision等国际公司的垄断。该工作报道了基于全无机钙钛矿（CsPbX₃，X = Cl，Br，I）量子点的QLED。通过将硬脂酸铯（CsSt）热注射到PbBr₂溶液中来合成高质量的CsPbX₃量子点。发光波长既可以通过量子点尺寸大小来调节，也可以通过改变X位来调节。量子点可以轻松分散在各种非极性溶剂（例如，甲苯，辛烷和己烷）中，用作基于溶液的光电器件的墨水。由典型量子点LED器件结构：ITO/PEDOT：PSS/PVK/QDs/TPBi/LiF/Al，构筑了无机钙钛矿量子点QLED器件，实现了红绿蓝三基色等多种颜色的电致发光，这是该体系QLED的首次报道。这表明无机钙钛矿量子点都有可能成为一类新的候选材料用于低成本的显示，照明和光通信应用。该工作以“Quantum Dot Light-Emitting Diodes Based on Inorganic Perovskite Cesium Lead Halides (CsPbX₃)”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2015, 27, 7162.），DOI: 10.1002/adma.201502567。目前已获SCI引用2600余次，入选ESI 1%高被引论文。

2.Advanced Materials：全无机钙钛矿量子点三基色光泵浦激光

全无机胶体铯卤化铅钙钛矿量子点（CsPbX₃，X = Cl，Br，I）被认为是一类新的有利光学增益材料，在激光显示领域也具有一定的应用潜力，显示出胶体量子点和卤化物钙钛矿的综合优点。团队与新加坡南洋理工大学孙汉东教授合作，是国际上较早实现了全无机钙钛矿量子点三基色光泵浦激光，且在室温和大气环境下即可观察到这些钙钛矿QD的低阈值、波长可调和超稳定的红绿蓝三基色受激发射（SE）。该成果以“All-Inorganic Colloidal Perovskite Quantum Dots：A New Class of Lasing Materials with Favorable Characteristics”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2015, 27, 7101.），已被SCI引用近1200次。DOI：10.1002/adma.201503573。

3.NaturePhotonics：单层钙钛矿白光QLED的首次报道

当前的白光电光源几乎都基于多颜色发光中心的共同发光来实现白光电光源，从本质上存在如何实现多颜色发光中心共同电致发光，以及载流子如何在多颜色发光中心均衡分配的关键性问题。鉴于钙钛矿近年来所展示出的原料及制备低成本、光电及电光转换高量子效率、柔性工艺兼容等优势。本工作提出了一种新型的钙钛矿白光电致发光机制：基于钙钛矿结构相变诱导的“相变协同光电效应”。我们发现，钙钛矿CsPbI₃具有优异光学活性的黑相和非光学活性的黄相共存时，会引发两相之间的光电协同效应。具体表现为具有良好载流子输运性能的α-CsPbI₃会辅助δ-CsPbI₃进行载流子的传输，最终发射出宽光谱光，而α-CsPbI₃本征的红光发射又很好地补充了δ-CsPbI₃宽光谱的红光缺失部分，最终实现明亮高效的单层电致白光。通过精确设计两相比例，实现了载流子的可调分配，并最终实现输出可调的高效电致白光，外量子效率达6.5%，最大亮度为12200 cd m^-2。这一“钙钛矿高效电致白光”新思路有望促进新一代照明显示白光电光源的发展，将在钙钛矿与照明显示交叉领域引起新一波研究热潮。该成果以“Efficient and Bright White Light-Emitting Diodes Based on Single-Layer Heterophase Halide Perovskites”为题发表在Nature Photonics上（Nat. Photonics, 2021, 15, 238.）。DOI：10.1038/s41566-020-00743-1。

二、量子点合成与发光调控

1.AdvancedFunctionalMaterials：用于照明和显示器的CsPbX₃量子点

CsPbX₃（X = Cl，Br，I）无机钙钛矿量子点（IPQDs），其中表现出超高光致发光（PL）量子产率（QYs）、低阈值激光和多色电致发光。然而，通常合成需要高温、惰性气体保护和局部进样操作，严重不利于应用程序。在这里，IPQD的室温（RT）合成，卓越的PL，潜在的起源和潜力在照明和显示中报告。过饱和重结晶（SR），在室温下操作，无惰性气体和喷射操作。以保证激子的产生和室温下的高速率辐射复合。而且，这种优越的光学优点赋予它们在照明和显示器方面有前途的潜力，这些潜力是主要表现为颜色可调的白色发光二极管温度和宽色域。该研究成果以“CsPbX₃ Quantum Dots for Lighting and Displays：Room Temperature Synthesis，Photoluminescence Superiorities，Underlying Origins and White Light-Emitting Diodes”为题发表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 2435.），已被SCI引用超过2100次，入选ESI高被引论文。DOI：10.1002/adfm.201600109。

2. AdvancedFunctionalMaterials：发展量子点缺陷发光机理研究方法

缺陷对氧化锌的光学、光电子学性能有着非常显著的影响。数十年来，ZnO可见发光的缺陷机制一直存在争议，缺乏统一的理论解释。近年来，我们发展了具有局域瞬态极端条件的液相激光烧方法，并进行纳米颗粒的独特微结构相关的物性研究。本工作，以较强蓝色发光的ZnO纳米颗粒为例，提出了半导体ZnO蓝色发光的间隙缺陷态机制，发展了缺陷发光机理研究的精细激发依赖光谱方法，助力对缺陷发光机制的系统探索。一方面，研究了蓝色发光对激发波长依赖性。发现：1，蓝色发光存在几个固定的择优发射能量点；2，蓝色发光到绿色发光的转变，不是连续移动而是此消彼长的过程；3，蓝色发光的激发谱可以延伸到可见光波段，相应激发能量明显小于带隙宽度，并存在一系列子峰。另一方面，对相关缺陷进行了电子顺磁共振和正电子湮灭的研究。观察到间隙锌、空位氧、间隙锌复合缺陷、间隙氢在一定条件下的共存；随着蓝色发光到绿色发光的转换，间隙锌和空位氧在EPR谱中存在强烈相关的变化。此外，通过更细致的微结构控制，可见发光获得了一定称度上的调控。该工作将有助于ZnO可见发光的最终确立，推动相关基础研究与应用；同时也指出，相对于通常所注意的形貌、尺寸等，纳米材料的微结构控制对其性能具有及其重要的意义。该成果以“Blue Luminescence of ZnO Nanoparticles Based on Non-Equilibrium Processes：Defect Origins and Emission Controls”为题发表在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：氨基介导的锚定钙钛矿量子点稳定、低阈值的随机激光

卤化物钙钛矿量子点被认为是光电探测器、发光二极管和激光的杰出候选者应用，但这些观点受到严重稳定性的阻碍，包括化学和光学降解。本研究报告了氨基介导的将Pe-QD锚定到单分散二氧化硅表面有效抑制其光致发光的光学降解（PL）和随机激光稳定性，从而实现高度稳定和低阈值的激光。胺介导的成核和生长过程是设计用于表面一般和一锅合成Pe-QD的二氧化硅球。简单的合成过程，可以在几分钟，确保可扩展生产。令人惊讶的是，在环境条件下储存40 d后几乎没有观察到PL降解，甚至 80%紫外灯持续照明后，PL强度可以保持108小时随后，在存储后实现极其稳定的随机激光连续光学泵浦2个月或更长时间8小时。如此高的PL而激光稳定性源于隔离效应，由于有效锚定，将Pe-QDs彼此分离并抑制光诱导的再生和恶化。这部作品也将打开基于钙钛矿的多功能系统。该成果以“Amino-Mediated Anchoring Perovskite Quantum Dots for Stable and Low-Threshold Random Lasing”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2017, 29, 1701185.）。DOI：10.1002/adma.201701185。

4.AdvancedMaterials：CsPbBr₃量子点2.0：苯磺酸等效配体完全纯化

钙钛矿量子点（Pe-QD）的稳定性和光电子器件性能受到现有配体策略的严格限制，因为这些配体表现出高度动态的结合状态，制约了QD的纯化和存储。本工作开发了“Br等效”配体策略，其中所提出的强离子磺酸盐，例如苯磺酸，可以牢固地结合暴露的Pb离子以形成稳定的结合状态，并且还可以有效地消除由溴化物空位引起的激子捕获的概率。从这两个方面来看，磺酸盐在完美的钙钛矿晶格中起到与天然Br离子相似的作用。使用这种方法，可以容易地实现高光致发光量子产率（PLQY）>90％，而不需要胺相关配体。此外，制备的PLQYs在8个纯化循环，超过5个月的储存和高通量光照射后得到良好维持。该成果以“CsPbBr₃ Quantum Dots 2.0：Benzenesulfonic Acid Equivalent Ligand Awakens Complete Purification”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2019, 31, 1900767.）。DOI：10.1002/adma.201900767。

5.AdvancedMaterials：稀土纳米晶双模发光

近年来，稀土发光材料因具有窄带发射峰、长荧光寿命及高稳定性等优异的光学特性，在防伪和信息安全等领域表现出潜在的应用价值而备受关注。然而，现有存储防伪信息的稀土发光体系存在荧光模式过于单一、需要特定的激发光源及发光颜色不可调等不足之处，从而导致信息存储及防伪的容量有限等问题而面临被破译的风险。因此，深入研究稀土发光机理以及对光谱精确调控，对于推进稀土发光材料在信息存储及荧光防伪领域的实际应用具有重要意义。针对以上问题，曾海波教授团队联合南京林业大学理学院杨小飞教授团队提出一种构建双模式荧光体系的设计策略，通过利用核壳结构界面上的能量传递过程和稀土离子的交叉驰豫机制，在纳米尺寸的能量传递中实现了多种稀土离子的上转换和下转换发光光谱的精确调控。这一发现为稀土纳米晶特种发光功能的设计提供了新的思路，展示了更易操作、更加保密的防伪应用。同时，该研究有利于在纳米尺度上理解和调控稀土离子之间的相互作用和发光行为，为研发具有自主知识产权的新型稀土发光材料提供了研究思路。该成果以“Energy Manipulation in Lanthanide- Doped Core–Shell  Nanoparticles for Tunable Dual-Mode Luminescence toward Advanced Anti-Counterfeiting”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2020, 32, 2002121.）。DOI：10.1002 adma.202002121。

6.Matter：水溶性钙钛矿量子点荧光免疫检测方法学

在及时检测（POC test）中，定量的荧光免疫检测是一种重要且有用的检测方法，覆盖食品安全、临床医疗、环境检测等多个领域。多年来，荧光免疫检测中关键的标记材料虽经过充分发展，在延续了高发光效率的基础上，发光半峰宽也得到了明显缩减，却依然难以跨越30nm的门槛，不能实现多目标检测应用。近年来在光电领域大热的钙钛矿材料，兼具窄发光、高产率、易制备的优势，是十分有潜力的多目标检测荧光标记材料。但要满足免疫检测的需求，须保证其储存稳定性，并能在水溶液中较好的分散，而这正是钙钛矿材料当前发展的瓶颈——恐水、易解离。本文开发了一种新型荧光标记材料——钙钛矿纳米晶，并成功构建了可用于POC test、普适的、定量免疫检测方法。通过对钙钛矿的表面功能化解决了其稳定性及水分散难题，实现了3.4 mg/mL的分散度。并基于静电吸附原理构筑了普适多种被检物的荧光探针，建立了相应的标准曲线，实现了以AFM₁和CEA为例的定量免疫分析。该研究工作提供了一种超窄发光、高效的荧光探针，大大缩短了钙钛矿材料与生物领域应用的距离，为将来的多目标免疫检测奠定了坚实基础，促进POC test的应用发展。该研究成果以“Perovskite Nanocrystal Fluorescence-Linked Immunosorbent Assay Methodology for Sensitive Point-of-Care Biological Test”为题发表在Matter上（Matter, 2020, 3, 273.）。DOI：10.1016/j.matt.2020.05.004。

7.AdvancedMaterials：单分散钙钛矿量子点的“乳化-破乳”成核调控

全非极性溶剂的室温技术绕过了离子钙钛矿对极性溶剂敏感性，对金属卤化物钙钛矿纳米晶体（PNCs）的合成具有吸引力。然而，对PNCs的内部机制，特别是前体的状态和结晶过程缺乏了解，阻碍了该技术的进一步发展。华中科技大学Lei Wang、暨南大学Lintao Hou以及南京理工大学曾海波等人，通过对Pb前体的系统研究和PNCs的原位表征，揭示了Pb前体反胶束性质创建了一个新的破乳结晶（D-C）模型，即PNCs的两阶段成核被破乳过程划分。在此基础上，通过使用多酸阴离子协同辅助策略定制D-C模型，获得高质量的PNCs，以及基于PNCs的绿色发光二极管的最高效率，最大外量子效率为22.5%。除了高效率之外，这项工作为PNC合成中的各种想法铺平了道路。该成果以“A Demulsification-Crystallization Model for High-Quality Perovskite Nanocrystals”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, 35, 2206969.）。DOI：10.1002/adma.202206969。

8.ScienceAdvances：基于金属卤化物的密度判别色度X射线成像

前期，团队已从X射线成像关键材料出发，发展了一类高性能闪烁体新材料，并探索了其大面积膜制备工艺和成像原型样机的演示。基于上述工作基础，本工作创新性地提出了一种“多层彩色X射线成像系统”，解决了目前多能X射线成像领域辐射剂量高（双源X射线切换模式）和结构复杂（多层探测器）等问题，首次实现了彩色化、且携带物体密度信息的能量分辨X射线成像：1、通过能量硬化层的设计和优化，叠层闪烁体可以实现X射线能量/物体密度色彩分辨的成像。结果显示，随着物体密度的变化，成像光谱可以线性地从一种颜色渐变到另一种颜色。2、针对密度较大的区域产生的成像灰度较低的问题，开发的深度优先搜索算法平衡了成像色彩亮度，增强了彩色X射线成像结果的整体视觉感知力。该项工作为生理病灶、工业检测色彩化定位提出了一种成像新范式。该成果以“Density-Discriminating Chromatic X-ray Imaging Based on Metal Halide ”为题发表在Science Advances上（Sci. Adv. 2023, 9, eadh5081.）。DOI：10.1126/sciadv.adh5081。

三、钙钛矿QLEDs高性能化

1. AdvancedMaterials：表面态调控提升QLED器件效率

无机钙钛矿表现出更高的热稳定性，有益于发光器件的实际应用。然而较低的电致发光性能又大大限制了无机钙钛矿材料在发光器件中的应用，而量子点的表面配体是影响其性能的主要因素之一。本工作提出了钙钛矿量子点表面配体调控的“混合溶剂提纯法”，实现了量子点墨水高稳定性、量子点膜高均匀性、高光致发光效率、有效电荷注入等四个要素的共存。量子点经过两次混合溶剂提纯之后表面配体密度显著降低，但又能保证量子点表面的充分钝化，荧光量子产率保持在80%以上，并大幅度地提高了发光器件电荷注入效率，成功制备出当时报道的CsPbBr₃-QLED最高外量子效率，达到6.27%，比前期提高了近50倍，亮度也超过15000 cd/m²。该表面态调控方法一定程度上解决了无机钙钛矿量子点提纯难题，有助于推动无机钙钛矿在实际发光器件，尤其是柔性高清显示器中的应用。该研究成果以“50-Fold EQE Improvement up to 6.27% of Solution-Processed All-Inorganic Perovskite CsPbBr₃ QLEDs via Surface Ligand Density Control”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2017, 29, 1603885.）。已被SCI引用超1100次，为ESI高被引、热点论文。DOI：10.1002/adma.201603885。

2. AdvancedMaterials：三重配体协同助力QLED器件效率提升

开发高效、低成本、能够产业化的钙钛矿量子点材料，主要面临的问题有：①如何避免采用复杂合成工艺（如高温，保护气），获得高质量发光量子点；②针对钙钛矿量子点的离子特性以及高动态的表面特征，如何开发可行的表面配体调控量子点表面态，使之同时兼具高效发光和有效电荷注入。本工作提出了钙钛矿量子点表面态的三重配体协同室温调控策略。该策略同时实现了合成成本的大幅度降低和高品质发光性能的获得，包括高荧光量子产率（> 90%）和单一辐射衰减（单指数衰减的最佳拟合优度（χ²）为0.986）。在非极性甲苯溶液中，利用四丁基溴化铵（TOAB），双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）和辛酸（OTAc）三种配体在合成过程中的协同作用，保证了高的辐射发光和电输运特性，获得了高效的量子点发光二极管。这三种配体的协同作用赋予室温合成的钙钛矿发光量子点高的油墨稳定性、近完美的发光性能、有效的电荷注入与输运特性。最终，成功制备出高效的钙钛矿量子点电致发光二极管器件，EQE为11.6%，相应的内部量子效率（IQE）和功率效率分别为52.2%和44.65 lm W^-1，是当时该体系绿光量子点QLED的最高值。该研究成果以“Room-Temperature Triple-Ligand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE-11.6% Perovskite QLEDs”为题，发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2018, 30, 1800764.）。DOI：10.1002/adma.201800764。

3. AdvancedMaterials：有机-无机杂化配体钝化实现QLED性能提升

负载了大量长链有机配体的钙钛矿QD可以实现接近100%的发光效率，但同时也阻挡了载流子输运，与QLED器件性能提升相悖。本工作提出了提升钙钛矿绿光QLEDs效率的有机-无机杂化配体钝化量子点的普适策略。该策略不仅能够有效减少QDs的表面缺陷位点，抑制非辐射复合，保证高效发光特性，更重要的是，短链无机配体的引入能够显著改善载流子注入和输运性能，进而提升器件的复合效率。使用辛酸（OTAc）和DDAB作为有机配体以确保QDs高的油墨稳定性；进而，在钝化过程中，引入无机金属溴化盐（ZnBr₂、MnBr₂、InBr₃或GaBr₃等）来调控其表面态，在QD表面形成有机-无机杂化配体（OIHL）；QD展现出高效的辐射发光和有效的载流子注入与输运性能，并助力全无机钙钛矿绿光QLED在性能方面获得重要进展，器件的外量子效率均实现了~40%的改善。其中，以ZnBr₂为例，效率最高达到了16.48%，相应的内量子效率（IQE）和发光效率分别为74.2%和66.7 cd A⁻¹，为目前该体系绿光QLED当时的最高值。该研究提出的钙钛矿量子点OIHL钝化策略具有普适性和高效性，将推动钙钛矿QLED在发光、显示领域迈向工业化。上述结果以“Organic-Inorganic Hybrid Passivation Enables Perovskite QLEDs with an EQE of 16.48%”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2018, 30, 1805409.）。DOI：10.1002/adma.201805409。

4. Journalofthe American Chemical Society：Ce³⁺掺杂调制发光动力学提升QLED性能

几年前，CsPbBr₃量子点的组分以及带隙调控主要通过合成后的快速阴离子交换来实现，同时保留量子点本身的尺寸和形貌。中国科学技术大学的姚宏斌（通讯作者）、张群（共同通讯作者）课题组和南京理工大学的曾海波（共同通讯作者）课题组合作，报道了通过简单的热注入法掺杂Ce³⁺离子来提高CsPbBr₃量子点的光/电致发光效率的研究工作。合作团队发现，通过将CsPbBr₃量子点中Ce³⁺离子的掺杂量提高到2.88%时，量子点的光致发光量子产率（PLQY）达到89%，光谱表征显示Ce³⁺掺杂可以有效调制CsPbBr₃量子点的发光动力学，进而提高量子点的PLQY。同时，采用掺杂Ce³⁺的CsPbBr₃量子点作为发光层制备的LED器件，与未掺杂的CsPbBr₃量子点相比，器件的外量子效率（EQE）从1.6%提高到了4.4%。他们的研究表明镧系元素离子掺杂到钙钛矿量子点中可以进一步实现对这类新型半导体量子点性能的多样化调控。该研究成果以“Ce³⁺-Doping to Modulate Photoluminescence Kinetics for Efficient CsPbBr₃ Nanocrystals Based Light-Emitting Diodes”为题发表在Journal of the American Chemical Society上（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3626-3634.）。DOI：10.1021/jacs.7b11955。

5. Light:Science & Applications：钙钛矿量子点光发射-光探测一体化可穿戴光通讯

钙钛矿材料具备高的发光效率、优异的发光品质、高的载流子迁移率，在发光及探测领域受到了广泛研究。但是量子点墨水通常采用低表面张力的非极性溶剂，这注定了其在纤维基底表面高度动态的成膜特性，无疑限制了纤维状光电器件的制备。本文设计了一种杂化的钙钛矿量子点墨水，通过改善毛细管力实现了纤维基底上超平滑钙钛矿量子点薄膜的构筑。利用钙钛矿量子点本身优异的光电性能，解决了载流子分离和复合之间的矛盾过程，进一步制备了发光-探测双功能的可穿戴纤维LiFi器件，并实现了探测+数据发送同时进行的全双工的纤维LiFi器件。低成本、溶液法制备的全双工钙钛矿量子点基纤维器件在新型显示、可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。此外，高性能双功能纤维器件的构筑、高密度双工纤维器件的集成、基于双工纤维的可交互显示织物的构筑、器件稳定性的提升、更多功能的集成，都是该型器件走向应用路上必须要结决的问题，有待于进一步研究。该研究成果以“Perovskite light-emitting/detecting bifunctional fibres for wearable LiFi communication”为题发表在Light: Science & Applications上（Light Sci. Appl. 2020, 9, 163.）。DOI：10.1038/s41377-020-00402-8。

6. NatureCommunications：钙钛矿量子点QLED双面钝化

钙钛矿型量子点发光二极管（QLEDs）具有广色域、色彩真实表现的特点，被认为是高质量照明和显示的候选材料。然而，在量子点（QD）膜组装过程中容易产生大量缺陷，这将严重影响载流子注入，传输和复合，并最终降低QLED性能。本工作报道了一种通过用有机分子钝化QD膜的顶部和底部界面的双边钝化策略，从而极大地提高了钙钛矿QLED的效率和稳定性。氧化膦分子，二苯基氧化膦-4-（三苯基甲硅烷基）苯基（TSPO1），被用作典型的钝化分子。采用密度泛函理论(DFT)计算揭示了缺陷陷阱的减少和非辐射复合。通过瞬态TA谱分析和空间电荷限制电流方法进一步验证了缺陷的减少，激子复合效率的提高体现在量子点薄膜的量子阱密度增加(从43%提高到79%)和电光转换效率的提高（量子发光二极管的电流效率从20提高到75 cd A^-1，最大量子效率从7.7%提高到18.7%）。除TSPO1外，该体系中使用的其他一系列有机分子也取得了令人印象深刻的结果，显示了这种双边钝化方法的普适性。同时，由于钙钛矿分子与钙钛矿的强相互作用和钙钛矿与CTL之间的阻挡作用，双边钝化的分子使薄膜和发光二极管具有更高的稳定性。观察到T50的工作寿命提高了20倍（从0.8 h增加到15.8 h）。此外，双向钝化有望抑制量子点薄膜和电荷传输层之间的界面缺陷。这一发现突显了在QD薄膜的两个界面上进行钝化对于构建高性能的钙钛型QLED以及其他基于QD的光电子器件(包括太阳能电池和光电探测器)的重要性。该工作以“A Bilateral Interfacial Passivation Strategy Promoting Efficiency and Stability of Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes”为题发表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2020, 11, 3902.）。DOI：10.1038/s41467-020-17633-3。

7. AdvancedMaterials： 2020纯红色钙钛矿发光二极管

由于现有发射器存在发光特性和光谱不稳定性问题，实现具有纯红色电致发光的高性能钙钛矿发光二极管（PeLED）用于实际应用仍然是一个严峻的挑战。电子科技大学白赛、暨南大学Lintao Hou以及南京理工大学曾海波等人报告了高效Rec-2020纯红色PeLED基于CsPb(Br/I)₃ 钙钛矿纳米晶体(NC)封端，并具有阳离子-π相互作用的芳香族氨基酸配体，同时表现出卓越的亮度和光谱稳定性。研究证明，钙钛矿单元的PbI₆^-八面体与色氨酸（TRP）分子的富电子吲哚环之间的强阳离子-π相互作用不仅可以化学抛光不完美的表面位点并诱导NC的晶体重建，而且还显著提高了配体分子的结合亲和力，导致高光致发光量子产率并大大增强了CsPb(Br/I)₃ NC的光谱稳定性。此外，小尺寸芳香族TRP配体的加入确保了组装发射层的卓越电荷传输性能。由此产生的器件在635 nm左右发光，表现出22.8%的冠军外量子效率、12910 cd m⁻²的最大亮度和出色的光谱稳定性，代表了性能最佳器件之一。目前已实现Rec-2020纯红色PeLED。该研究成果以“Ligand-induced Cation-π Interactions Enable High-Efficiency, Bright And Spectrally Stable Rec. 2020 Pure-Red Perovskite Light-Emitting Diodes”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2023, 2303938.）。DOI：10.1002/adma.202303938。

8. NatureCommunications：高效柔性、大面积红绿蓝钙钛矿量子线LED

金属卤化物钙钛矿作为下一代固态照明和显示技术的潜在候选者显示出巨大的前景。然而，一种通用的无有机配体和无抗溶剂的溶液方法来制造高效全色钙钛矿发光二极管尚未实现。香港科技大学范智勇和南京理工大学曾海波等人以超小孔径的多孔氧化铝膜为模板，采用通用的无有机配体、无反溶剂溶液法，成功制备了超高密度、优异均匀性的晶体全无机钙钛矿量子线阵列。量子限制效应与高光输出耦合效率相结合，导致蓝色、天蓝色、绿色和纯红色钙钛矿量子线阵列具有高光致发光量子产率。通过引入表面钝化和空穴传输层的双功能小分子和卤化物空位修复剂，成功地制备了光谱稳定的蓝色、天蓝色、绿色和纯红色LED器件，其外量子效率分别为12.41%、16.49%、26.09%和9.97%。该研究成果以“High-efficiency, flexible and large-area red/green/blue all-inorganic metal halide perovskite quantum wires-based light-emitting diodes”为题发表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2023, 14, 4611.）。DOI：10.1038/s41467-023-40150-y。

四、QD高像素化显示技术

1. AdvancedMaterials：钙钛矿发光墨水的流变性调控及喷墨印刷技术

基于喷墨打印技术，以墨水印刷流变学系统为基础，结合蒙特卡罗模拟（Monte Carlo simulations）详细论证了如何开发出高质量和稳定的钙钛矿量子点墨水。通过这种量身定制的三元无卤环保溶剂（萘烷、正十三烷和正壬烷）配方，获得了高分散性和稳定性的CsPbBr₃量子点墨水，其印刷适性和成膜能力远优于二元溶剂（萘烷和正十三烷）体系，从而产生质量更好、表面缺陷更少的钙钛矿量子点薄膜。经过多角度实验研究，相关机制表明，与对照二元相比，将低沸点溶剂（正壬烷）添加到钙钛矿量子点油墨中可以大大抑制量子点聚集并加速溶剂蒸发以及抑制咖啡环效应。因此，基于该三元溶剂墨水在喷墨打印的绿光钙钛矿QLED中实现了创纪录的8.54%的最大外量子效率 (EQE) 和 43883.39 cd/m2的最大亮度，远高于基于二元溶剂的器件 (EQE～2.26%）。此外，三元溶剂系统在喷墨打印的红光和蓝光钙钛矿QLED以及镉(Cd)基 QLED 中表现出普遍适用性。这项工作展示了一种为高效喷墨打印QLED以及未来其他溶液加工电子器件量身定制通用溶剂墨水系统的新策略。研究工作以“A Universal Ternary-solvent-Ink Strategy toward Efficient Inkjet-Printed Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes”为题发表在Advanced Materials上（Adv. Mater. 2022, 34, 2107798.），该文章已入选ESI Top 1%高被引论文。DOI：10.1002/adma.202107798。

2. Nanoscale：实现全溶液环保型Mini-QLED

Micro/mini-LEDs具有低功耗，快响应，高分辨率等独特优势，因此他们被当作第四代显示技术，在商业界与科研领域都吸引了大量的注意力。量子点发光材料，由于具有低成本的优势和杰出的光电性能（比如：光谱可调、高的量子产率），在最近几十年得到了更多关注。该工作聚焦低成本环保型量子点显示技术，开发出全溶液旋涂技术处理功能层和电极阵列化技术相结合的技术路线，成功实现了基于环保型蓝光量子点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）实现的PPI分别为：36、90、180、360，可以满足电视、电脑、手机的显示需求。同时，通过调节阵列化的阳极/阴极，柔性或者玻璃衬底的mini-QLEDs都可以实现了图案化显示功能。值得注意地是，这类mini-QLEDs一方面可以兼容AM/PM显示技术路线，另一方面可以结合红/绿色转换层，实现全色显示。该研究成果以“Full Solution-Processed Heavy-Metal-Free Mini-QLEDs for Flexible Display Applications”为题发表在Nanoscale上（Nanoscale, 2022, 14, 12736-12743.）。DOI: 10.1039/d2nr03082a。

3. Advanced Materials Technologies：激光辅助量子点图案化显示

量子点材料在下一代显示中具有重要应用，因此发展量子点图案化、阵列化技术十分重要。我们提出了一种基于激光直写的钙钛矿量子点图案化方法，该方法简单快速无掩模可编程。 包括三个步骤:旋转涂层钙钛矿量子点形成薄膜，激光直写钙钛矿量子薄膜，最后用溶剂洗涤。激光作用在钙钛矿量子点上，会去除其表面的活性剂，洗涤时不容易被去除，因此留下图案。通过激光扫描形成的许多微尺度量子点线，组成宏观的显示图像。可以通过改变激光直写参数包括激光光斑的大小、扫描速度和激光能量等因素来控制量子点线的物理特性，最小线宽3.3微米。此外，我们演示了大尺寸(100mm×100mm)的激光直写图案化，说明这种方法具有巨大的显示应用潜力。该成果以“Simple and Fast Patterning Process by Laser Direct Writing for Perovskite Quantum Dots”为题发表在Advanced Materials Technologies上（Adv. Mater. Technol. 2017, 2(10): 1700132）。DOI：10.1002/admt.201700132。

五、无铅无镉环保化量子点

1. NanoLetters：I-III-VI量子点及其衍生物研究进展

传统Cd和Pb基量子点具有优异的光电性能，但在环境和生物毒性方面则越来越成为发光量子点的掣肘。I-III-VI量子点及其衍生物具有全可见光覆盖、高效率、组分依赖带隙、优异的稳定性和无毒性等特点，有望成为环保型发光量子点的理想候选者。本文综述了I-III-VI量子点及其在led中的应用研究进展。首先，根据其电子能带结构特征，阐述了发光机理。其次，围绕I-III-VI量子点，对其合成机理、光物理性质调控作了详细探究，并对相应应用进展，特别是在发光二极管中的应用进展作了重点介绍。最后，我们对量子点和量子发光二极管的整体现状和挑战进行了展望，并提出了促进量子点和量子发光二极管发展的性能改进策略，提出了该领域的未来发展方向。该工作以“I-III-VI Quantum Dots and Derivatives: Design, Synthesis, and Properties for Light-Emitting Diodes”为题发表在Nano Letters上（Nano Lett. 2023, 23, 2443.）。DOI：10.1021/acs.nanolett.2c03138。

2. ACS Applied Materials & Interfaces：超薄壳层钝化量子点固有缺陷实现高效发光

I-III-VI (I：Ag⁺/Cu⁺，III：Ga³⁺/In³⁺，VI：S^2-/Se^2-) 量子点及其衍生物具有无毒、纯色、高光致发光量子产率和全可见光覆盖等优异的光电特性，是替代Ⅱ-Ⅵ（如CdSe）和钙钛矿量子点（CsPbX₃）的理想候选材料。然而，在多元素体系中，杂乱的阳离子排列容易导致多种表面空位形成，导致非辐射复合与非平衡载流子分布，严重限制了材料和器件性能的提高。该工作基于Zn-Ag-In-Ga-S多元环保型量子点，构建了一个超薄的硫化铟壳结构，可钝化电子空位与转换供体/受体能级浓度。优化后的富铟2层硫化铟结构不仅可通过防止V_S的进一步形成提高辐射复合率，还实现了典型的DAP发射增强，在628 nm处PLQY显著提高至86.2%。此外，优化后的结构可以减轻晶格畸变，使量子点内的载流子分布更加均衡。在此基础上，获得了迄今为止最高外量子效率的红色量子点发光二极管（EQE：5.32%），为提高Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ量子点发光二极管的效率提供了一种新的方案。该研究成果以“Eco-Friendly Zn-Ag-In-Ga-S Quantum Dots: Amorphous Indium Sulfide Passivated Silver/Sulfur Vacancies Achieving Efficient Red Light-Emitting Diodes”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

曾海波教授简介

曾海波，国家杰出青年基金获得者，国家“万人计划”领军人才，英国皇家化学会会士，美国光学会会士，国际信息显示学会中国显示材料分会执行委员，中国颗粒学会发光颗粒专委会主任委员，Nature集团《Advanced Materials & Devices》、《无机材料学报》副主编。

长期从事半导体量子点发光显示研究，创建了新型显示材料与器件工信部重点实验室，在量子点发光理论与合成调控、QLED发光器件、Micro-LED显示技术等方面做出了系统性创新，发表论文400余篇，包括《自然·光子学》《自然·电子学》《自然·材料》《自然·材料·评论》《自然·通讯》《科学·进展》等Nature、Science子刊15篇，获引用50,000余次，单篇引用超过1000次8篇，最高2500余次，入选“中国百篇最具影响国际学术论文”2篇，入选2017-2022全球高被引科学家及前2%顶尖科学家，获省部级科技奖一等奖3项（2项排名第一，1项排名第四）、江苏省教学成果奖一等奖1项（排名第一）、国家教学成果奖二等奖1项（排名第一）。