近日，beat365官方网站現代光學研究所、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室“極端光學團隊”高宇南課題組與浙江大學金一政課題組合作，通過使用陽離子交換方法，成功制備高熒光量子産率的核/殼結構硒鋅镉/硫化鋅膠體量子阱，并由此制備高性能的膠體量子阱發光二極管。2024年12月10日，相關研究成果以“由 CdZnSe/ZnS 核/殼膠體量子阱實現的高性能綠光和藍光發光二極管”（High‐Performance Green and Blue Light-Emitting Diodes Enabled by CdZnSe/ZnS Core/Shell Colloidal Quantum Wells）為題發表于《先進材料》（Advanced Materials）上。

膠體量子阱（CQWs）獨特的各向異性特性使其在納米晶基器件中具有很高的應用前景。然而，基于CQWs的綠色和藍色發光二極管的有限性能阻礙了它們的實際應用。在本研究中，首次通過直接陽離子交換實現了具有特定尺寸、形狀和晶體結構的合金硒鋅镉CQWs。這種方法有效使得納米晶的發光波長藍移，并能維持量子阱的片狀形貌，為後續的溶液外延生長提供種子。

圖1. 陽離子交換反應示意圖和樣品照片

研究團隊考慮到異質結構對于納米晶表面缺陷的鈍化作用，通過熱注入殼層生長方法在硒鋅镉核外側外延生長硫化鋅保護層。這種方法有效地提升了納米晶的發光效率與提純穩定性，為後續的器件制備提供了優良的發光材料。值得一提的是，該策略有效解決了長期困擾膠體量子阱領域有關發光波長過度紅移的問題，在藍光區與綠光區均實現了優秀的發光性能。

圖2.高溫熱注入殼層生長示意圖。（a）CdZnSe/ZnS核殼CQWs合成示意圖。（b) CQWs溶液的吸收光譜和光緻發光光譜。c) 反應過程中熒光峰波長和半寬的變化。d) CQWs的瞬态熒光衰減曲線。e)綠色和藍色CQWs的熒光量子産率。

研究團隊利用新型的藍綠膠體量子阱制備出高性能的發光二極管。該器件顯示出顯著的峰值外量子效率（綠色為20.4%，藍色為10.6%），伴随着綠色和藍色的最大亮度分别為347,683 cd m^-2和38,063 cd m^-2。相較于此前的工作，器件的穩定性也有着巨大提升，綠光和藍光器件壽命可達到14,000和195 小時。器件的高性能表現代表了納米晶發光二極管（Nc-LED）的重大進步，并為将來各向異性納米晶的領域提供重要合成策略。

圖3. a)器件結構示意圖。b)器件外量子效率-亮度示意圖。

該成果中，beat365官方网站現代光學研究所博士研究生朱雲柯、邱晶晶，浙江大學化學系博士研究生魯修遠為共同第一作者；beat365官方网站現代光學研究所高宇南研究員、白鵬博士，浙江大學化學系金一政教授為共同通訊作者。合作者包括beat365官方网站、浙江大學化學系、beat365電子顯微鏡實驗室，以及京東方多位研究人員。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、介觀物理國家重點實驗室，教育部納光電科學研究中心，beat365長三角光電研究院，以及京東方科技集團股份有限公司等的支持。

論文原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414631