室溫合成、室溫表面工程、高效鈣鈦礦量子點發光二極體

量子點自上個世紀70年代問世以來，在發光顯示領域展現出獨特的優點，例如光致發光量子效率高、發射光譜窄、發射光譜可調及溶液可加工等；而在新型顯示領域中，這些優勢賦予量子點發光二極體更精準的顏色控制、更廣的色域、更純的色彩，被認為是新一代柔性高清顯示技術的有力候選者，在國際上引起了科研人員和顯示行業的廣泛關注。

最近，鈣鈦礦量子點作為其中新的「家族成員」，表現出近100%的光致發光量子產率、極窄的發光峰、可調的發光波長等特點，在未來高質量照明和高清顯示中極具應用潛力。尤其是，全無機組份銫鉛鹵（CsPbX3）鈣鈦礦量子點，在實際應用中展示出更好的熱穩定性和低濕度敏感性，有望成為新一代發光顯示材料。短短几年時間的發展，銫鉛鹵該體系LED器件的效率取得了重大突破，其中綠光器件外量子效率已經達到6%-9%。但是，與傳統鎘基量子點發光二極體的效率（~20%）相比，還有很大的提升空間。此外，當前高效率的鈣鈦礦量子點通常採用熱注入法製備，且需要惰性氣體保護，不利於低成本的產業化應用。

因此，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如何避免採用複雜合成工藝（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徵，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。

針對量子點顯示及交叉領域關鍵問題，2016年工信部認定成立了新型顯示材料與器件工信部重點實驗室，在南京理工大學建立了新型顯示光電材料研究團隊與平台，其中宋繼中教授課題組聚焦於量子點發光器件研究。2015年，該課題組發展了全無機鈣鈦礦量子點發光二極體（QLED）發光器件體系(Adv. Mater. 2015, 27, 7162)，被《Nature Nanotechnology》專題評論為「首次報道了該體系LEDs」，已獲SCI引用近500次，入選ESI 1%高被引論文；2017年，提出了調控該體系量子點表面的「混合溶劑提純法」（Adv. Mater., 2017, 29, 1603885），將器件效率50倍提升到了6.27%，已獲SCI引用150次，成為ESI高被引、熱點論文。

近日，在前期研究工作的基礎上，南京理工大學宋繼中教授和曾海波教授團隊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）。

該課題組研究人員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體。在合成過程中，TOAB提高PbBr2的在甲苯中溶解能力和量子點墨水的穩定性；DDAB與TOAB配合，降低量子點表面缺陷，顯著提升量子點的發光性能和墨水穩定性；短鏈的OTAc配體使組裝出來的量子點薄膜具有更有效的電輸送特性。這三中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，成功製備出高效的鈣鈦礦量子點電致發光二極體器件，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，是目前該體系量子點QLED的最高值。

由於該室溫合成工藝操作簡單，極易用來大規模製備，通過放大生產100倍後，材料的發光性質以及器件的性能沒有明顯衰減。這些結果表明，該室溫表面配體工程所製得的鈣鈦礦量子點在未來的高清顯示和高質量照明中具有極大應用潛力。相關論文以「Room‐Temperature Triple‐Ligand Surface Engineering Synergistically Boosts Ink Stability, Recombination Dynamics, and Charge Injection toward EQE‐11.6% Perovskite QLEDs」為題，在線發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201800764）上，其中宋繼中為第一與通訊作者，曾海波為共同通訊作者。

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