近日，北理工前沿交叉院刘方泽教授和李红博教授在深红色磷化铟量子点发光二极管领域取得研究进展。相关研究成果以“Deep‐Red InP Core‐Multishell Quantum Dots for Highly Bright and Efficient Light‐Emitting Diodes” 为题发表在国际期刊《先进光学材料》（Advanced Optical Materials，影响因子：10.05）上。本文的通讯作者为Dafabet Login刘方泽和李红博教授，第一作者为Dafabet Login博士研究生黄盼。
磷化铟（InP）量子点（QD）是用于发光二极管（QLED）的最有前景的无重金属材料之一。InP量子点体带隙为1.35eV，通过调整尺寸，可以使InP量子点在深红色甚至近红外区域发光。深红色QLED对于促进植物生长和实现精确的红色QLED显示具有重要的作用，然而深红色发射大尺寸InP量子点合成和其QLED的制备进展仍然缓慢，主要原因是大尺寸InP QDs更多的表面缺陷导致了较低的发光效率，其他原因包括InP QDs成核生长过快、稳定性差和形貌调控难等问题。
基于以上背景，本文通过使用成本低廉且易于实验操作的氨磷前驱体，设计合成了大尺寸、弱量子限域的InP核量子点，通过优化壳层包覆工艺，引入ZnSeS过渡层，实现多级壳层包覆，获得了高稳定性和高荧光量子产率的深红色InP核壳量子点，并制备出高性能的680 nm深红QLED。
图1 深红色InP核壳量子点的反应示意图及其结构表征
图1展示了深红色InP核壳量子点的反应合成过程。最终合成的InP/ZnSe/ZnSeS/ZnS核壳结构量子点直径为10 nm。
图2 深红色InP核壳量子点的光谱性质
量子点PL发射峰在680 nm，PLQY高达95%，这是迄今为止报道的深红色InP量子点的最高值。过渡壳层ZnSeS的引入可以减轻ZnSe和ZnS壳层之间的晶格失配，并减少晶间缺陷。瞬态荧光光谱研究表明，壳层可以减少量子点之间的非辐射复合和能量转移，并且稳定性显著提高。
图3 深红色InP核壳量子点QLED的器件性能
以InP/ZnSe/ZnSeS/ZnS核壳结构量子点制备得到了高效的深红色QLED，最高亮度达2263 cd/m2，外量子效率、最高值为6.5%，是目前InP量子点深红色波段最高外量子效率。该工作为促进深红色QLED在下一代照明设备和显示器的应用提供了新思路。
本工作得到了国家自然科学基金（22179009，22005034）的支持。
论文原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202300612
作者介绍：
刘方泽，Dafabet Login副教授，博士生导师。2009年获得复旦大学学士学位，2015年毕业于美国东北大学(Northeastern University)，获得物理学博士学位，2015年至2021年在美国洛斯阿拉莫斯实验室从事博士后研究，2021年9月加入Dafabet Login。主要研究领域为基于低维材料的光电器件，发表学术论文40余篇，第一或通讯作者论文发表于 Nature Communications, Science Advances, Materials Today, ACS Nano, ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊，他引2000余次。
李红博，Dafabet Login材料学院与Dafabet Login教授，博士生导师。2010年于中国科学院理化技术研究所获得物理化学博士学位。2011-2013年在意大利理工学院（Instituto Italiano di Tecnologia）从事博士后研究，合作导师为Liberato Manna教授。2014-2017年在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）从事博士后研究，合作导师为Victor Klimov教授。2019年入选国家级人才项目，Dafabet Login“特立青年学者”项目。主要面向无机胶体半导体纳米晶体材料的结构可控合成、光谱性质与光电器件研究。利用半导体材料在纳米尺度特有的表面效应、尺寸效应，设计新颖高效的光电器件与光伏器件，实现太阳能转换，功能分子的合成和生物监测等应用研究。发表SCI论文60余篇，其中以第一或通讯作者在Nat. Energy、Nat. Photonics等期刊发表论文30余篇，其中影响因子大于10的16篇，ESI高被引论文6篇，近5年他引次数3000余次。主持国家自然科学基金、国际合作交流项目等科研项目。