近日，上海科技大学物质科学与技术学院宁志军课题组联合郑帆课题组、于奕课题组，在胶体量子点超晶格研究方面取得关键进展。受二维钙钛矿结构启发，研究团队构筑了一种具有有机金属卤化物框架织构的胶体量子点超晶格（QD@OMH），为解决传统量子点薄膜中“表面缺陷钝化”与“高效电荷传输”难以兼顾的问题提供了新思路，并显著提升了量子点红外光电探测器和红外发光二极管的性能。相关研究成果以“Organic Metal Halogenide Netted Colloidal Quantum Dot Superlattice”为题，在线发表于国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
胶体量子点是尺寸仅数纳米的半导体晶体，通过调控尺寸和组分，可调谐其光电性质，在红外探测、发光显示等领域潜力巨大。将其有序组装为超晶格，既能保留单粒子特性，又可增强电子耦合与电荷输运。但量子点表面的长链配体虽能稳定颗粒、减少缺陷，却会增大间距、阻碍导电；短链交换或晶面融合虽能缩短间距，却易引入新缺陷。如何平衡钝化与输运，是超晶格性能提升的核心难题。
为此，研究团队以芳香族阳离子配体替代油酸，制得可分散于强极性溶剂的量子点墨水，利用芳香环间强相互作用驱动PbS量子点有序组装，形成具有有机金属卤化物框架织构的三维超晶格，并通过球差校正电镜证实了原子级晶格匹配界面。与传统LB法相比，利用该材料可通过旋涂快速制备厚度超过400纳米的薄膜，更利于大面积加工。该超晶格的有序结构显著抑制了缺陷，使载流子寿命延长近十倍；短共轭配体缩短粒间距，增强轨道耦合，促进电荷传输，扩散长度超250纳米。基于该薄膜的红外探测器在1560纳米下噪声降低约一个数量级，比探测率超1013 Jones；红外发光二极管辐射亮度达22.4 W·sr-1·m-2，T90寿命超200小时，稳定性优异。该工作为高钝化、低缺陷、优输运的量子点超晶格薄膜提供了新策略，旋涂加工便捷且可放大，为高性能光电器件设计开辟了新路径，并有望推广至其他纳米晶体系。
图一：a基于芳香族阳离子的配体交换及超晶格诱导示意图，b量子点超晶格结构的原子级分辨电镜图，c基于超晶格薄膜的红外探测器性能
上海科技大学物质科学与技术学院宁志军课题组2021级博士研究生吴浩博、于奕课题组2026届博士毕业生陈瑜为论文共同第一作者，上海科技大学物质科学与技术学院宁志军教授、郑帆教授为共同通讯作者。
论文标题：Organic Metal Halogenide Netted Colloidal Quantum Dot Superlattice
沪公网安备 31011502006855号