北京理工大学钟海政课题组：II型核壳结构蓝光量子点

量子点电致发光二极管（QLED）具有高亮度、高分辨率、宽色域和溶液加工等特点，是极具潜力的新型显示技术之一。与日趋成熟的红光和绿光QLED相比，蓝光量子点材料和器件是制约其产业化的难题。目前，现有的蓝光量子点材料主要包括：大尺寸ZnSe和CdS量子点，小尺寸CdSe和InP量子点，以及CdZnSe、CdZnS、CdSeS和ZnSeTe合金化量子点。上述材料在显示蓝光波段（455 nm-475 nm）尚不能满足应用需求，且存在批量放大的合成挑战。因此，II型核壳结构量是调控量子点发光波长的思路之一，在近红外波段取得了很大的成功，然而在显示应用中还没有受到关注。本论文研究者首次报道了面向显示应用的II型核壳结构量子点ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS。

本论文报道了具有II型核壳结构的ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS蓝色量子点材料，其光致发光量子产率超过90%；利用时间分辨荧光光谱和瞬态吸收光谱，阐明了II型核壳结构带来的电荷转移特性；进一步探索了其电致发光器件特性，器件的最大外量子效率为6.7%，最大亮度为39766cd·m⁻²，为显示应用提供了新型蓝光量子点材料。

图1. (a) ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点的合成路线示意图；(b)-(d) 分别为尺寸为4.3nm、6.2nm和8.2nm的 ZnSe核TEM图像。(e)-(g)和(h)-(j)分别是尺寸为4.3nm、6.2nm和8.2nm三种不同ZnSe核制备的ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点的TEM和HRTEM图像。

图2. 不同ZnSe核制备的ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点生长的紫外-可见吸收和光致发光光谱：(a) ZnSe-4.3 nm、(b) ZnSe-6.2 nm和(c) ZnSe-8.2 nm；不同尺寸ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点的(d) FWHM和(e) PLQY演化图；(f)PLQY随S-TOP前驱体注入量的变化。

图3. 不同核壳结构量子点的时间分辨荧光光谱：(a) ZnSe-4.3nm核量子点；(b)不同Cd_xZn_1-xS壳层厚度的ZnSe/Cd_xZn_1-xS量子点；(c) 不同ZnS壳层厚度的ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点。其中插图分别为不同结构量子点带隙结构示意图。

图4. ZnSe/Cd_xZn_1-xS量子点在350nm光激发后的瞬态吸收光谱：(a) 0-1ps和(b) 1ps-5ns；(c) ZnSe/Cd_xZn_1-xS量子点的紫外-可见吸收光谱和0.2 ps、1 ps延迟时间的瞬态吸收光谱。其中虚线显示了位于B1(428nm)、B2(392nm)和B3(373nm)波段的三个不同吸收带。不同时间尺度下的瞬态吸收衰减曲线：(d) 0-100ps和(e) 0-10ps；(f) ZnSe/Cd_xZn_1-xS量子点不同跃迁过程能带示意图。

图5. ZnSe/Cd_xZn_1-xS/ZnS量子点QLED的(a) 器件结构示意图；(b) 不同电压下的电致发光光谱；(c) 电流密度-电压-亮度特性图；(d) 亮度-外量子效率特性图。

Liu M, Wang C, Huang P, et al. Pure-blue emissive ZnSe/Cd_xZn_1−xS/ZnS quantum dots with type-II core-shell structure for display application. Nano Research, 2024, 17(12): 10476-10482. 

https://doi.org/10.1007/s12274-024-7106-3. 

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