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(dǎo)體納米結(jié)，2023 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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(xiàn)力，已成為引領(lǐng)新型顯示產(chǎn)業(yè)迭代升級的關(guān)鍵驅(qū)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(jī) LED（OLED）相媲美，然而，藍(lán)光 QLED 的發(fā)展相對落后，尤其是無重金屬的藍(lán)光 QLED 的電致發(fā)光性能遠(yuǎn)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(lán)色 QLED 的理想替代品，但其中的活潑元素碲（Te）易聚集，這嚴(yán)重降低了其發(fā)光效率、色純度及穩(wěn)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。
該研究通過改進(jìn)碲原子的分布，利用鋅、硒、碲和硫的更環(huán)保合金（無重金屬）來制造純藍(lán)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），其性能可與現(xiàn)有的商業(yè)化技術(shù)相媲美。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)開發(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(gòu)建出具有純藍(lán)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(qū)體之間的反應(yīng)活性平衡，有利于成分均勻的量子點(diǎn)的生長。
具有高電負(fù)性的硫通過干擾碲原子周圍的空穴局域化并避免 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(gòu)型熵，消除了堆垛層錯(cuò)和氧缺陷，從而提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并降低了非輻射載流子密度。
因此，基于核殼結(jié)構(gòu) ZnSeTeS/ZnSe/ZnS 量子點(diǎn)（在 460 納米處發(fā)光）的純藍(lán)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）展現(xiàn)出高達(dá) 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)的長半衰期，其性能可與最先進(jìn)的鎘基藍(lán)色 QLED 相媲美。
這項(xiàng)研究突破了無重金屬的純藍(lán)光 QLED 發(fā)光效率和穩(wěn)定性的新紀(jì)錄，有望推進(jìn) QLED 顯示技術(shù)的環(huán)?；M(jìn)程。
這項(xiàng)研究也是楊緒勇教授團(tuán)隊(duì)繼 2023 和 2024 年在Nature期刊作為通訊作者發(fā)表雜化半導(dǎo)體 LED 領(lǐng)域研究論文以來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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