郑州大学许蕾梦等团队ACS Energy Letters!!铝锚定策略锁定铟镓化学计量比 实现窄带宽红色 AgInGaS 量子点发光二极管

在新一代照明与高清显示领域，I–III–VI₂型直接带隙量子点凭借发光颜色可调、光致发光量子产率高、无重金属组分的优势，成为极具潜力的光电材料。其中 Ag–In–Ga–S（AIGS）量子点作为典型代表，其发射波长可通过铟镓化学计量比在可见光至近红外区间精准调控，是研发无镉纯红光发射材料的核心选择。但这类多组分量子点存在本征缺陷主导的辐射复合特性，发光峰普遍较宽，难以满足高色纯度显示需求。尽管核壳结构设计能有效窄化发射光谱，可在高温壳层生长过程中，核壳界面极易发生铟、镓阳离子互扩散，导致晶核内铟镓比例降低，发光光谱出现明显蓝移，无法达到 Rec. 2020 标准要求的 630–650 nm 纯红光区间。同时，阳离子互扩散还会引发界面缺陷，形成非辐射复合中心，进一步降低量子点发光效率与器件性能，如何稳定铟镓化学计量比、抑制界面阳离子扩散，成为 AIGS 量子点实现高性能纯红光发射的关键难题。

在这项研究中，研究人员创新性地提出Al³⁺锚定策略，用于解决 AIGS 量子点合成中铟镓化学计量比失衡与阳离子互扩散的核心问题。研究通过第一性原理计算证实，铟空位的形成能低于镓空位，是导致铟离子外迁、镓离子内渗的主要原因。在壳层生长阶段引入 Al³⁺后，铝离子会占据铟离子附近的间隙位点，提升铟空位形成能并强化铟硫键合网络，从根源上抑制铟空位生成与阳离子互扩散。XPS 深度剖析、EDS 等表征结果验证，铝锚定后量子点核壳界面铟镓比例显著提升，量子点光致发光峰从 597 nm 红移至 635 nm，且半高宽保持 36 nm 不展宽，光致发光量子产率提升 20%。基于该优化量子点制备的纯红光 QLED，亮度可达约 500 cd m⁻²，峰值外量子效率为 2.4%，实现了无镉纯红光量子点的窄带宽、高效率发射。

该研究成功通过 Al³⁺锚定策略突破了 AIGS 量子点纯红光发射的技术瓶颈，为多元量子点的阳离子化学计量比调控提供了全新思路。铝离子的引入不仅有效锁定了量子点内部铟镓比例，实现发射波长精准红移至 Rec. 2020 纯红光标准区间，还通过钝化界面缺陷、优化能带结构，降低了载流子传输势垒，提升了量子点的发光效率与稳定性。所制备的 QLED 兼具窄发射半高宽、适宜亮度与一定的外量子效率，验证了阳离子锚定策略在多元硫族量子点光电性能优化中的可行性。虽然器件外量子效率仍有提升空间，但本研究的核心价值在于建立了普适性的阳离子调控机制，后续可通过双壳层结构、器件结构优化进一步提升效率。该成果为无镉、高色纯度纯红光量子点发光器件的研发与应用奠定了重要基础，推动了环保型量子点在高清显示领域的实用化进程。