【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，吉林大學(xué)物理學(xué)院王寧教授團(tuán)隊(duì)與合作者在純藍(lán)及深藍(lán)色鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。通過設(shè)計(jì)新型同分異構(gòu)雙分子構(gòu)建多重氫鍵網(wǎng)絡(luò)，同步解決藍(lán)光鈣鈦礦八面體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、載流子輸運(yùn)失衡、效率滾降等核心科學(xué)難題。相關(guān)成果以“Isomeric multi-hydrogen-bonding enables blue perovskite LEDs”為題在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature》。
 

　　金屬鹵化物鈣鈦礦憑借色純度高、帶隙可調(diào)、溶液可加工等優(yōu)勢(shì)，是全彩高清顯示具有潛力的新型半導(dǎo)體。然而，短波長(zhǎng)的純/深藍(lán)鈣鈦礦面臨多重瓶頸：寬帶隙的有源層需要更高的驅(qū)動(dòng)電壓，加劇離子遷移與八面體晶格畸變；低維鈣鈦礦大量有機(jī)配體降低載流子遷移率；電荷注入不平衡、電場(chǎng)誘導(dǎo)相分離，最終造成器件效率低、電致發(fā)光光譜隨電壓紅移、工作壽命短，嚴(yán)重制約鈣鈦礦顯示技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)有單一配體鈍化、維度調(diào)控策略難以同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、載流子輸運(yùn)與光譜穩(wěn)定性。
 

　　針對(duì)上述關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)，王寧教授團(tuán)隊(duì)與合作者創(chuàng)新性地在空穴傳輸層/鈣鈦礦界面和鈣鈦礦體相內(nèi)部分別引入兩種功能互補(bǔ)的異構(gòu)小分子-鄰芐基羥胺鹽酸鹽(oBCl)和間芐基羥胺鹽酸鹽(nBCl)。oBCl的O-NH3+基團(tuán)與nBCl的NH2+-OH基團(tuán)，既可以與鈣鈦礦無機(jī)框架形成NH···X(X=Br, Cl)氫鍵，又能通過分子間的NH···O氫鍵相互連接，構(gòu)筑了跨界面、跨組分的三維多重氫鍵網(wǎng)絡(luò)(圖1)。
 

　　通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并輔以理論計(jì)算與模擬，合作團(tuán)隊(duì)揭示了異構(gòu)分子氫鍵網(wǎng)絡(luò)的工作機(jī)制：
 

　　1)oBCl因其較大的偶極矩有效降低了空穴注入勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)了器件中平衡的電荷注入；
 

　　2)oBCl優(yōu)先吸附于鈣鈦礦(100)晶面誘導(dǎo)成核，nBCl與oBCl的分子間氫鍵進(jìn)一步引導(dǎo)晶體沿(110)晶面垂直生長(zhǎng)，形成擇優(yōu)取向的層狀結(jié)構(gòu)，顯著提升載流子輸運(yùn)能力(圖2)；
 

　　3)多重氫鍵網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)固了鈣鈦礦八面體框架，有效抑制了電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的離子遷移和相分離。同時(shí)，nB+的引入增強(qiáng)了電荷限域并減小了晶粒尺寸，同時(shí)降低了缺陷態(tài)密度，從而顯著抑制了非輻射復(fù)合損失。
 

　　得益于該機(jī)制，合作團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了電致發(fā)光波長(zhǎng)為468 nm的高效純藍(lán)光鈣鈦礦LED，其峰值EQE達(dá)到22.0%，最大亮度達(dá)到2,902 cd m-2，器件的工作半壽命(T50)達(dá)到670分鐘。在波長(zhǎng)更短的深藍(lán)光波段，器件仍達(dá)到16.8%的峰值EQE，CIE色度坐標(biāo)為(0.137, 0.058)。在連續(xù)直流電壓驅(qū)動(dòng)下，器件EL峰位保持恒定，展現(xiàn)出優(yōu)異的電致發(fā)光光譜穩(wěn)定性。
 

　　該工作報(bào)道的新型異構(gòu)分子多重氫鍵鍵合策略，從鈣鈦礦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、載流子傳輸與注入、結(jié)晶取向調(diào)控等多個(gè)維度協(xié)同突破了藍(lán)光鈣鈦礦LED的效率與穩(wěn)定性瓶頸，為未來實(shí)現(xiàn)基于鈣鈦礦的高清全彩顯示及固態(tài)照明技術(shù)提供了一種重要的科學(xué)借鑒。
 

　　吉林大學(xué)王寧、同濟(jì)大學(xué)孔令媚、上海大學(xué)楊緒勇為該論文的共同通訊作者。該工作得到了教育部基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科突破計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委與香港研究資助局聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、吉林省科技廳、吉林省發(fā)改委及吉林大學(xué)的支持。該工作也得到了吉林大學(xué)物理學(xué)院公共測(cè)試平臺(tái)、上海同步輻射光源等單位的支持。
 

　　引用：Nature│吉林大學(xué)物理學(xué)院王寧教授團(tuán)隊(duì)在藍(lán)光LED領(lǐng)域獲得新突破-吉林大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年7月3日】