量子點(diǎn)（Quantum dot，QD）是在把激子在三個(gè)空間方向上束縛住的半導體納米結，2023 年諾貝爾化學(xué)獎授予了量子點(diǎn)研究的三位奠基人。量子點(diǎn)顯示以其更為優(yōu)秀的色彩表現力，已成為引領(lǐng)新型顯示產(chǎn)業(yè)迭代升級的關(guān)鍵驅動(dòng)力之一。
目前，紅光和綠光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）的性能已能夠與商業(yè)化的有機 LED（OLED）相媲美，然而，藍光 QLED 的發(fā)展相對落后，尤其是無(wú)重金屬的藍光 QLED 的電致發(fā)光性能遠低于目前最先進(jìn)的鎘基 QLED。環(huán)境友好的 ZnSeTe 量子點(diǎn)是鎘基藍色 QLED 的理想替代品，但其中的活潑元素碲（Te）易聚集，這嚴重降低了其發(fā)光效率、色純度及穩定性。
2025年3月5日，上海大學(xué)楊緒勇教授、張建華教授及吉林大學(xué)張佳旗教授作為共同通訊作者，在Nature期刊發(fā)表了題為：Homogeneous ZnSeTeS quantum dots for efficient and stable pure-blue LEDs的研究論文。
該研究通過(guò)改進(jìn)碲原子的分布，利用鋅、硒、碲和硫的更環(huán)保合金（無(wú)重金屬）來(lái)制造純藍光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），其性能可與現有的商業(yè)化技術(shù)相媲美。
在這項最新研究中，研究團隊開(kāi)發(fā)了一種等電子控制策略，利用同族元素硫與亞磷酸三苯酯（TPP）配位，構建出具有純藍光發(fā)射和接近單位光致發(fā)光量子產(chǎn)率的均質(zhì)化 ZnSeTeS 量子點(diǎn)。具有低給電子能力的亞磷酸三苯酯促進(jìn)了陰離子前驅體之間的反應活性平衡，有利于成分均勻的量子點(diǎn)的生長(cháng)。
具有高電負性的硫通過(guò)干擾碲原子周?chē)目昭ň钟蚧⒈苊?Ten≥2等電子中心的形成。此外，同族元素硫增加了量子點(diǎn)的構型熵，消除了堆垛層錯和氧缺陷，從而提高了結構穩定性并降低了非輻射載流子密度。
因此，基于核殼結構 ZnSeTeS/ZnSe/ZnS 量子點(diǎn)（在 460 納米處發(fā)光）的純藍光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）展現出高達 24.7% 的高外量子效率、17 納米的發(fā)光半峰寬以及接近 30000 小時(shí)的長(cháng)半衰期，其性能可與最先進(jìn)的鎘基藍色 QLED 相媲美。
這項研究突破了無(wú)重金屬的純藍光 QLED 發(fā)光效率和穩定性的新紀錄，有望推進(jìn) QLED 顯示技術(shù)的環(huán)保化進(jìn)程。
這項研究也是楊緒勇教授團隊繼 2023 和 2024 年在Nature期刊作為通訊作者發(fā)表雜化半導體 LED 領(lǐng)域研究論文以來(lái)的又一里程碑式突破。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08645-4
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