本文介绍了一项利用相转移催化（phase-transfer catalysis，PTC）策略对钙钛矿纳米晶（perovskite nanocrystals，NCs）进行表面重构，从而实现高效钙钛矿发光二极管（light-emitting diodes，LEDs）及高分辨率微图案的研究。该研究由北京科技大学（University of Science and Technology Beijing）新材料技术研究院的田建军（Jianjun Tian）团队主导，合作单位包括北京理工大学（Beijing Institute of Technology）低维量子结构与器件工信部重点实验室以及中国科学院半导体研究所。论文于2026年发表在*Advanced Materials*期刊上。共同第一作者为Mengqi Zhang、Lin Zhang和Xiong Chen。

从学术背景来看，金属卤化物钙钛矿纳米晶因其接近100%的光致发光量子产率（photoluminescence quantum yield，PLQY）、窄发射线宽以及优异的溶液加工性能，被认为是下一代超高清显示用微米级发光二极管的理想发光材料。然而，纳米晶具有极高的比表面积，表面存在大量配位不饱和位点，这些位点会形成载流子陷阱，导致非辐射复合增加和电荷传输受阻，从而降低电致发光（electroluminescent，EL）效率。在众多表面修饰策略中，固相配体（solid-phase ligands）因其结合力强、空间位阻小，能够有效钝化表面缺陷并取代长链绝缘配体，被认为是最有前景的路线之一。然而，固相配体如碘化胍（guanidinium iodide，GUI）通常只能溶解于极性溶剂中，而与钙钛矿纳米晶分散所需的非极性溶剂（如辛烷）不相容。直接将固相配体加入非极性体系会导致配体形成胶束或团聚体，使表面处理不均匀、不可控，最终损害器件性能。因此，如何在非极性介质中实现固相配体的可控传质和均匀表面重建，是该领域尚未解决的关键科学问题。

针对这一挑战，研究团队开发了一种相转移催化策略，利用四丁基碘化铵（tetrabutylammonium iodide，TBAI）作为相转移催化剂，实现了固相配体GUI在非极性溶剂中对CsPbI₃纳米晶表面的高效重构。TBAI可溶于非极性溶剂，具备阴离子交换能力，能够将固相配体从固相传递到纳米晶表面。其作用机制在于：TBAI中的碘离子与胍离子（gu⁺）之间通过静电作用形成离子对，打破了GUI分子间强氢键网络，抑制了GUI胶束的形成；同时疏水性的四丁基铵阳离子（tba⁺）与非极性溶剂相互作用，形成相转移复合物。密度泛函理论（density functional theory，DFT）计算显示该中间复合物的形成能为-1.44 eV，表明该过程热力学上自发且稳定。通过原位光致发光（photoluminescence，PL）光谱监测发现，经PTC处理的纳米晶在配体引入后PL强度快速提升，并在约74秒内逐步达到稳定，说明配体结合是一个时间依赖的过程，需要达到吸附平衡才能实现最佳表面覆盖。

在结构表征方面，透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）图像显示，原始纳米晶平均尺寸为6.3 nm，未经过PTC处理而直接使用GUI处理的样品平均尺寸增至7.2 nm且尺寸分布不均、出现明显团聚，而经过PTC处理的样品平均尺寸为6.5 nm，尺寸分布均匀。高分辨TEM进一步表明，无论是经过PTC处理还是未处理的样品，GUI配体均优先与CsPbI₃纳米晶的特定晶面发生相互作用。X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）结果显示三种样品均符合立方相CsPbI₃的标准卡片。光学性能方面，PTC处理样品的紫外-可见吸收光谱长波区基线倾斜被有效抑制，表明胶束散射显著减少。平均PLQY从原始样品的39%提升至未处理样品的73%，并在PTC处理样品中达到85%。时间分辨光致发光（time-resolved PL，TRPL）显示PTC处理样品平均寿命为16.6 ns，辐射复合速率（k_r）约为5.1×10⁷ s⁻¹，明显高于未处理样品和原始样品，说明PTC处理促进了辐射复合。X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）显示PTC处理后Pb 4f和I 3d峰向高结合能方向移动，表明Pb²⁺与GUI配体形成了更强的离子键。傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform infrared spectroscopy，FTIR）等结果进一步证实GUI成功锚定在纳米晶表面，且油胺（oleylamine，OAm）配体被大量取代。

基于该PTC策略处理的CsPbI₃纳米晶，研究团队制备了结构为氧化铟锡（ITO）/聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）/聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）/CsPbI₃纳米晶薄膜/1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯（TPBI）/氟化锂（LiF）/铝（Al）的发光二极管器件。与原始纳米晶LEDs及未经PTC处理的纳米晶LEDs相比，PTC处理后的纳米晶LEDs在2.4 V下即可开启发光，最大亮度达到1586 cd/m²，峰值外量子效率（external quantum efficiency，EQE）达到26.5%。在约30个独立制备的器件批次中，平均峰值EQE为22.6%，标准差为1.8%，表现出良好的可重复性。在2.4 V至10 V的电压范围内，EL发射峰稳定在664 nm，半高全宽（full width at half maximum，FWHM）仅从31 nm增至35 nm，几乎没有光谱漂移和展宽，说明该器件在高偏压下具有优异的电致发光稳定性和低缺陷诱导展宽。在初始亮度约100 cd/m²条件下，PTC处理后的纳米晶LEDs运行半衰期（T₅₀）为191分钟，而未经PTC处理及原始纳米晶LEDs分别为74分钟和17分钟，运行寿命提高了超过十倍。

此外，研究团队还展示了该材料体系在高分辨率微发光二极管（micro-LEDs）中的应用潜力。通过光刻工艺在ITO基底上预图案化，再沉积功能层，成功制备了像素尺寸分别为100、50、20、12和8 µm的微LED阵列。其中8 µm像素长度对应1588像素每英寸（pixels per inch，PPI）的分辨率。不同像素尺寸的微LEDs表现出高度一致且均匀的EL发射，其电流密度-电压-亮度（current density-voltage-luminance，J-V-L）特性与非图案化器件相吻合，最高EQE达20.6%。这些微LED阵列能够稳定发光并显示复杂图案，表明该PTC策略与标准光刻工艺具有良好的兼容性，为下一代近眼显示和微显示技术提供了可扩展的高效发光材料平台。

本研究的亮点在于：提出了利用相转移催化策略解决固相配体在非极性溶剂中的溶解和传质难题，从分子层面抑制了胶束形成，实现了对钙钛矿纳米晶表面缺陷的精确、均匀修饰。该策略具有普适性，研究表明其同样适用于其他固相配体和CsPbBr₃纳米晶体系。最终获得的LEDs在EQE和运行稳定性方面均达到先进水平，且该材料体系可兼容高分辨率光刻工艺，展现了面向实际显示应用的规模化潜力。整体而言，该工作为钙钛矿纳米晶LEDs及微LEDs的固相配体工程提供了一条通用且可控的实现路径。