最新MOF | 郑州大学宋继中&姚纪松Angew:铅基MOF工程助力纯红相 CsPbI₃钙钛矿量子点发光二极管效率突破30%

郑州大学宋继中教授、姚纪松博士采用铅基 MOF（Pb-MOF） 调控量子点生长，原位释放强配位配体 MMA 实现高效表面钝化，制备出窄线宽、高导电、高稳定的 CsPbI₃量子点，最终获得 EQE 30.8%、半寿命 140.6 h 的纯红 QLED。相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition。

CsPbI₃量子点是满足 Rec. 2020 标准纯红发光的理想材料，但尺寸不均导致色纯度差、绝缘配体阻碍载流子传输，难以兼顾高效率、窄线宽与长寿命。

• 采用改进热注射法合成 CsPbI₃量子点，引入 Pb-MOF 作为配体库与生长调控剂；

• 结合TEM、NMR、FTIR、XPS表征量子点形貌、表面配体与成键方式；

• 通过DFT 理论计算验证 MMA 与 Pb²⁺的强相互作用；

• 测试PLQY、TRPL、SCLC、导电性、UPS/KPFM表征光电特性；

• 制备 QLED 器件，测试EL 光谱、CIE 坐标、J–V–L、EQE、工作寿命等关键性能。

图 1 MOF 调控合成单分散 CsPbI₃量子点

(a) 铅基 MOF 调控量子点合成的示意图；(b) 钙钛矿前驱体中不同配体与离子间的相互作用能；(c) 有无 Pb-MOF 条件下 CsPbI₃量子点的原位光致发光表征；(d) 对照组量子点（C-QDs）的透射电镜图（标尺：100 nm）与放大图（标尺：10 nm）；(e) MOF 改性量子点（MOF-QDs）的透射电镜图（标尺：100 nm）与放大图（标尺：10 nm）；(f) 对照组量子点与 MOF 改性量子点的尺寸分布统计。

图 2 MMA 配体与钙钛矿的键合作用

(a) 对照组量子点与 MOF 改性量子点的 ¹H 核磁共振谱；(b) 纯 MMA 配体及对应 CsPbI₃量子点的傅里叶变换红外光谱；(c–e) 对应量子点薄膜的高分辨 X 射线光电子能谱：Pb 4f、Cs 3d、S 2p；(f) MMA 配体在钙钛矿表面的吸附模型及对应形成能。

图 3 优化的光学与电子性能

(a) 量子点薄膜的光致发光光谱（插图为对应光致发光量子产率）；(b) 对照组量子点与 MOF 改性量子点的时间分辨光致发光衰减曲线；(c) 基于对照组与 MOF 改性量子点的单电子器件空间电荷限制电流测试；(d) 量子点薄膜的电导率测试；(e–f) 对照组量子点与 MOF 改性量子点薄膜的导电原子力显微镜图；(g) 对照组与 MOF 改性量子点的紫外光电子能谱：二次电子截止区（左）、价带区（右）；(h) 由紫外光电子能谱参数得到的对照组与 MOF 改性量子点的能级图（E_VAC：真空能级；E_F：费米能级）；(i) 对照组量子点与 MOF 改性量子点薄膜的开尔文探针力显微镜图（标尺：2 μm）。

图 4 QLED 器件性能与工作稳定性

(a) QLED 器件结构示意图；(b) 不同偏压下基于 MOF 改性量子点的 QLED 电致发光光谱（插图为对应 CIE 色度坐标）；(c) QLED 的电流密度–电压–亮度曲线；(d) QLED 的电流密度–外量子效率曲线（插图为大面积 QLED 实物图）；(e) 27 个有无 Pb-MOF 器件的外量子效率统计直方图；(f) 本工作与近期报道的纯碘基纯红 QLED 的半高宽与外量子效率对比（包括准二维钙钛矿、纳米片、量子点）；(g) 初始亮度约 100 cd m⁻²、恒定驱动电流下，基于 MOF 改性量子点的 QLED 电致发光峰位与半高宽演变；(h) 初始亮度 100 cd m⁻² 下 QLED 的工作寿命。

本文提出Pb-MOF 介导合成策略，利用 MOF 缓慢释放的多齿配体 MMA，通过双端强配位作用牢牢锚定 CsPbI₃量子点表面的 Pb²⁺，实现三重核心突破：

1. 抑制量子点不均生长，获得 **<5 nm、半高宽仅 31 nm** 的近单分散量子点；

2. 大幅降低缺陷、提升薄膜电导率至 1.3×10⁻⁴ S m⁻¹，载流子传输显著改善；

3. 器件实现634 nm 纯红发光、CIE (0.70, 0.30)、覆盖 98.5% Rec. 2020 色域，外量子效率达30.8%，100 cd m⁻² 下半寿命140.6 h（为对照组 15 倍）。该工作同步解决小尺寸 CsPbI₃量子点的尺寸分散、缺陷态、绝缘配体三大瓶颈，为超高画质显示用纯红钙钛矿 QLED 提供可规模化的高效路线。

📜 文章链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202643735