上海大学/吉林大学Nature：ZnSeTeS均质合金量子点实现环保型蓝光QLED性能记录

2025年3月5日，上海大学杨绪勇教授、张建华教授团队联合吉林大学张佳旗教授团队以“Homogeneous ZnSeTeS Quantum Dots for Efficient and Stable Pure Blue LEDs”为题，在国际顶级学术期刊Nature上报道了关于环保型蓝光量子点发光二极管（QLED）的突破性研究工作（https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4）。杨绪勇教授于2015年在上海大学组建纳米光电材料与器件团队以来，经过近10年的持续拼搏，该团队不断攻克领域内科学技术难题，该研究成果也是杨绪勇教授团队继2023和2024年在Nature上作为通讯作者发表杂化半导体LED领域研究论文以来 (Nature 2023, 622, 493-498; Nature 2024, 631, 73-79)，在该领域取得的又一里程碑式的重大研究进展。

此次研究成果是由上海大学与吉林大学，TCL集团工业研究院等单位联合攻关、合作完成。其中，上海大学为第一完成单位，上海大学杨绪勇教授，张建华教授和吉林大学张佳旗教授为论文通讯作者，杨绪勇教授指导的博士后吴倩倩 (上海大学硕士及博士毕业)和曹璠(上海大学硕士毕业)为论文共同第一作者，上海大学余文可、王胜博士，TCL集团工业研究院侯文军博士、芦子哲博士、曹蔚然博士，吉林大学张晓宇教授，复旦大学杨迎国教授，澳大利亚科廷大学夹国华教授为论文合作署名作者。研究成果得到了国家自然基金委、上海市科委和上海市教委等研究机构的项目资助。

量子点显示以其更为优秀的色彩表现力，已成为引领新型显示产业迭代升级的关键驱动力之一。近期，科学家们对誉为终极量子点显示技术的电致发光量子点发光二极管的研究与探索持续发力，取得了令人瞩目的突破性进展。目前，红、绿光QLED性能已能够与商业有机LED (OLED)相媲美。而相比之下，由于更高的工作电压及需要克服更大的空穴注入势垒等原因，导致蓝光QLED器件性能进展落后，尤其是环境友好型的无重金属器件的发展更为迟缓，严重阻碍了QLED显示技术的商业化进程。

ZnSeTe量子点被视为环保型蓝光量子点的理想之选，但其存在活泼金属Te（Te_n≥2）易聚集的现象，由此产生的等电子中心引起了较低能量的尾部缺陷发射，严重降低了其发光效率、色纯度及稳定性。该研究揭示：Te前驱体（如TOP-Te）相比于Se-类似物的高反应活性导致了合金量子点中富Te和贫Te区域的不均匀分布，从而产生带隙差异引起的光谱变宽。量子点富Te区域的堆垛层错也降低了辐射复合和量子点晶格稳定。尤其，ZnSeTe量子点中相邻的Te原子会形成等电子中心，产生短程势作用力以捕获空穴，并进一步诱导形成价带顶上方的深空穴局域态吸引电子形成激子，产生了较低能量的尾部发射，致使量子点的色彩表现和稳定性变差。

为解决这些关键难题，研究团队提出了一种通过等电子调控抑制含Te量子点组分不均匀的策略，通过引入具有适当反应活性的亚磷酸三苯酯（TPP-S），一方面能够使TPP平衡阴离子的反应活性，另一方面吸电子能力更强的S能够干扰Te周围的空穴局域化并避免Te_n≥2等电子中心形成，成功制备出均质化的四元合金蓝光ZnSeTeS量子点。相比传统ZnSeTe量子点，ZnSeTeS量子点在色纯度、激子辐射复合和结构稳定性等方面实现大幅提升。基于该四元量子点构建的蓝光QLED器件显示出24.7%的外量子效率，17 nm的发光半峰宽以及接近3万小时的T₅₀寿命，突破了无重金属的纯蓝光QLED发光效率和稳定性的新纪录。这一重要研究进展将推进QLED显示技术的环保化进程。

杨绪勇教授也被受邀为《Nature》杂志撰写了题为“It’s time to shine for LEDs made using ecofriendly quantum dots” 的Research Briefing文章（Nature, https://doi.org/10.1038/d41586-025-00640-z），该Research Briefing和Nature研究工作同天上线。被誉为“量子点艺术家”的韩国成均馆大学Eunjoo Jang教授（原韩国三星先进技术研究院研究员）对该Nature工作点评：“所研发的QLED性能是非常引人注目的，其高的效率和长的寿命已超过了先前报道的器件性能”（原文：The performance of the developed QLEDs is notable, with a high efficiency and a long lifetime that surpasses those of previously reported devices）。Nature应用物理科学主编Karl Ziemelis也给予该工作高度评价“文章的魅力在于作者们研发了一种抑制组分不均匀的策略制备了非镉量子点，实现了与最好Cd基蓝光LED媲美的高效率、长寿命和光谱纯正的器件”（原文：The appeal of this paper is that the authors have developed a strategy for preparing Cd-free quantum dots that suppresses compositional heterogeneities, enabling devices with efficiencies, lifetimes and spectral purities that rival the best Cd-based blue LEDs）。

原文详情：

“Homogeneous ZnSeTeS Quantum Dots for Efficient and Stable Pure Blue LEDs” (https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4)