研究综述报告

这篇文章标题为“Large Scale Synthesis of Red-Emitting Quantum Dots for Efficient and Stable Light-Emitting Diodes”，报道了一项原创研究，发表在期刊《Advanced Materials》上，研究作者包括Zhao Chen、Naifan Tian、Xiaohan Chen、Yan Zhang、Bochen Liu等，主要作者单位包括遵义医科大学、五邑大学、香港理工大学。此外，研究还得到福建科学与技术创新实验室以及广东-澳门科技项目等资助。

学术背景

这篇文章的研究领域是量子点(quantum dots，QDs)，主要聚焦于利用红光发射型量子点提升光电二极管(Quantum Dot Light-Emitting Diodes, QLEDs)的性能。在显示技术领域，QLEDs凭借其可调节的发光性能、窄的光谱线宽、低成本的溶液加工性和较高的稳定性，被视为下一代显示设备的理想候选者。然而，现有研究中的量子点材料通常采用毫克级的规模进行合成，而这种规模远远不能满足商用电子产品的量产需求。因此，本文的研究目的是探索一种高效、可扩展的量子点大规模合成策略，用于实现QLEDs的高性能和商业化。

研究流程

研究整体包括以下几个阶段：

1. 设计和大规模合成红光发射量子点
   研究团队设计了一种具有核壳结构的量子点（Core/Shell/Shell CQDs），其成分为CdZnSe/ZnSeS/CdZnS。通过合金化技术，内核为CdZnSe，中间过渡层为ZnSeS，外层为CdZnS。研究团队采用一锅法合成策略，结合多步注入技术实现了量子点的生产量从克级扩展到千克级。实验中，使用90 mmol氧化锌和6 mmol醋酸镉作为起始材料，通过高温反应形成内核，随后通过注入硫化物和进一步反应生成核壳结构的完整量子点。合成过程中特别注重减少副产物的生成和优化量子点的尺寸分布。

2. 光物理性能测试
   制备的红光CQDs溶液展现了高达93.2%的荧光量子产率，平均荧光寿命超过25 ns，辐射跃迁速率约为3.6×10⁷ s⁻¹。其中，CdZnSe/ZnSeS/CdZnS核壳结构通过高效的表面钝化和有机配体钝化显著减少了缺陷和能量跃迁陷阱，同时实现了窄而对称的光谱发射峰。

3. 形貌与结构分析
   研究对CQDs的形貌和化学结构进行了透射电子显微镜(TEM)和高角度环形暗场扫描TEM(HAADF-STEM)的系统研究。TEM显示量子点直径分布均匀在15.2 nm左右，而HAADF-STEM确认了高度有序的外延生长结构。同时，通过能量色散光谱分析(EDS)，研究确认了核壳分布和成分的空间分布，以及通过合金化技术解决晶格失配问题的有效性。

4. 缺陷钝化机制研究
   研究发现核心和外壳的合金化不仅减小了晶格应变，还通过合理设计能带对齐和表面有机配体钝化，大幅减小了表面陷阱态对激发态的猝灭作用。实验包括电子自旋共振光谱(EPR)、核磁共振(1H NMR)、X射线衍射(XRD)等多种分析数据以支持这一结论。

5. QLED器件的制备与性能测试
   使用制备的红光CQDs，研究团队构建了由ITO阳极、PEDOT:PSS空穴注入层、TBF空穴传输层、CQD发光层、ZnMgO电子传输层以及Al阴极组成的QLED器件。测试表明，QLED在低驱动电压（约1.7V）下可实现亮度超9.5×10⁴ cd m⁻²，最大外量子效率(EQE)为21.7%，寿命T95（亮度降至初始值的95%时间）超1.1×10⁶小时。此外，无论是克级还是千克级合成的CQDs，制作的QLED性能基本一致，表明该量子点的大规模合成适合商业应用。

核心研究结果

1. 成功开发了一种高效、经济的一锅法，通过调整核心到壳层的化学组成实现了核壳结构量子点的千克级合成。
2. 合成的量子点具有90%以上的荧光量子产率（Quantum Yield, QY）和对称、窄的光谱线宽，表现出优异的光学性能。
3. 所得QLED设备亮度高、效率高、工作寿命长，与实验室小规模制备的量子点性能无显著差异。

研究结论及意义

这项研究为未来QLEDs的商业化发展铺平了道路，解决了以往量子点大规模合成中存在的缺陷包括非均匀尺寸分布、缺陷猝灭和难以钝化等问题。通过优化的核壳材料和合成方法，该量子点在商业电子设备的潜力和市场化应用带来了新的突破。

研究亮点

• 创新性地开发了适用于大规模量产的核壳量子点合成策略。
• 量子点光学性能接近实验室合成，且解决了生产规模化对性能的潜在影响。
• QLED应用的寿命与效率创下了基于大规模合成量子点的最高水平。

本研究不仅在理论和实验上展示了大规模合成量子点的可能性，还为实际设备提供了高性能的材料保障，有望推动量子点发光二极管进入大规模商用时代。