郑州大学宋继中等人针对无重金属AIGS量子点表面存在未配位Ga³⁺和硫空位缺陷，导致其发光半高宽过宽(>50 nm)、量子产率偏低(<80%)，进而使AIGS基QLEDs外量子效率普遍低于1%的关键科学问题，提出了一种配体重构策略。该策略引入多功能配体二巯基丁二酸(DSA)，利用其羧基和巯基与表面Ga³⁺强配位，同时填补硫空位，实现对表面缺陷的有效钝化。DSA处理显著抑制了施主-受主对复合和非辐射复合通道，优化了载流子复合路径；同时，短链DSA替代长链油胺配体，改善了QD薄膜的电学输运特性。结果表明，处理后AIGS量子点的光致发光量子产率从30%提升至89%，半高宽从37 nm压缩至31 nm；基于此构建的QLEDs实现了峰值8.4%的EQE，创下AIGS体系QLEDs的最高纪录，为无重金属量子点在显示与照明领域的应用点燃了希望。

I配体表面重构修复表面缺陷调控载流子复合

AIGS量子点表面的S易丢失形成空位并产生未配位Ga³⁺，从而给DAP复合和非辐射复合提供通道，造成了AIGS宽的发光光谱和低的发光效率，使得QD发光颜色不纯，不利于高清显示。图1a示意了AIGS量子点在配体重构前后的复合过程变化。引入DSA配体后，DSA配体中的羧基和巯基与表面Ga³⁺的吸附能(0.96 eV和1.08 eV)显著高于原始油胺配体(0.76 eV)，可以修复量子点表面，FTIR光谱证实DSA成功锚定于QD表面，而XPS中Ga 3d峰位偏移和S 2p峰位分裂则直接证明了Ga³⁺与DSA官能团的配位键形成以及硫空位的填补。EPR信号的减弱进一步佐证了表面缺陷态的减少。该系列证据共同确立了DSA作为“表面修复剂”的核心作用——它不仅物理吸附于表面，更通过化学键合主动参与表面晶格重构，为后续性能提升提供了结构基础。

图1. AIGS量子点表面状态和配体表面重构抑制DAP和非辐射复合的示意图。

II 配体重构对量子点微结构影响

图2通过多尺度结构表征，揭示了DSA处理的选择性作用。TEM和HRTEM图像显示，处理前后量子点尺寸、形貌和晶面间距均未发生改变，XRD图谱也保持原有的特征衍射峰，证明DSA处理未扰动量子点的体相晶格。EDS元素面分布显示各元素均匀分布，表明DSA未引发元素偏析或相分离。ICP-MS中S元素比例的微量增加，印证了DSA位于QD表面并补充了硫元素。这些结果共同表明，DSA的作用被精确限制在表面原子层范围内，实现了“表面修复而不伤体相”的改性效果，为同时保持QD本征光学性质和优化表面状态提供了可能。

图2. 配体表面重构对AIGS量子点结构的影响。

III AIGS量子点的光学性能提升

图3从发光效率、光谱线型、载流子动力学和带尾态四个层面，揭示了DSA处理对光学性能的提升机理。PLQY从30%跃升至89%，表明非辐射复合被大幅抑制；FWHM从37 nm压缩至31 nm且DAP相关尾峰消失，证明DAP复合通道被有效阻断。TRPL三指数拟合显示，与缺陷相关的快衰减组分和与DAP相关的慢衰减组分占比下降，而带-空穴辐射复合组分占比提升，直接量化了复合路径的重新分配。Urbach能从77 meV降至60 meV，从带尾态角度印证了缺陷密度的降低。微区PL mapping显示的发光均匀性提升，则为构建大面积高性能器件提供了保障。这些结果共同表明，表面缺陷是AIGS量子点性能受限的根源，而DSA处理正是通过“斩断两条损耗通道”实现了效率与纯度的同步提升。

图3. 配体表面重构对AIGS量子点光学性能影响。

IV 载流子复合动力学的深入分析

图4通过变温PL和飞秒瞬态吸收光谱，从热力学和超快动力学两个维度深入揭示了DSA处理对载流子行为的调控机制。变温PL光谱显示，钝化前，QDs在低温下DAP复合峰显著增强，这是缺陷态参与发光的典型特征；而LR后，QDs中这一现象被大幅抑制。Arrhenius拟合中非辐射相关参数A值的降低，表明非辐射复合中心得到抑制。飞秒TA光谱进一步揭示了超快时间尺度上的变化：LR QDs的光漂白信号衰减显著减缓，表明激子被更有效地束缚于辐射复合通道而非耗散于缺陷态。GSB动力学的三指数拟合结果与TRPL高度吻合，从不同时间尺度上交叉验证了复合路径的重新分配。这些结果证明，DSA处理不是简单的表面“贴膏药”，而是从根本上重构了载流子的复合动力学网络。

图4. 配体表面重构对载流子复合动力学影响。

宋继中

本文通讯作者

郑州大学 教授

▍主要研究领域

量子点发光显示关键材料与器件、量子点闪烁体感知探测。

▍主要研究成果

郑州大学物理学院教授。研究成果在Nat. Photonics、Adv. Mater.、Angew. Chem.、Nat. Commun.等期刊发表论文90余篇，ESI高被引论文15篇，引用20000余次；授权国家发明专利20余项。荣获江苏省科学技术一等奖、中国新锐科技人物卓越影响奖等。主持了国家优秀青年基金、国家面上项目、河南省杰出青年、江苏省杰出青年基金等项目。

▍Email：songjizhong@zzu.edu.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部