北京时间2022年12月22日，由南开大学陈军院士，先进能源材料化学教育部重点实验室袁明鉴研究员带领的科研团队与多伦多大学团队合作在Nature期刊发文，题为“Synthesis-on-Substrate of Quantum Dot Solids”。
该研究针对高性能导电半导体量子点固体薄膜难于制备的挑战，通过有机配体结构理性设计，针对钙钛矿材料结构空间维度及电子能带信息进行可控调节，开发了高质量钙钛矿量子点材料在基底表面上的原位可控制备全新策略（Synthesis-on-Substrate, SoS），最终实现了多材料、跨尺寸的钙钛矿三原色电致发光器件的高效构筑。
该研究通讯作者为南开大学陈军院士、袁明鉴研究员，及多伦多大学Edward H. Sargent教授。姜源植博士、孙长久、徐健博士和李赛赛是本文共同第一作者。
在传统胶体量子点合成中，为了维持其在溶剂中的稳定性，量子点表面会被引入大量有机配体。然而，有机配体的存在极大地阻碍了电荷在量子点之间的输运效率，严重限制了量子点材料在众多半导体光电器件中的应用潜力。因此，深挖量子点形成机制与材料内部载流子动力学输运行为，开发“新材料、新工艺、新器件”是实现高性能量子点光电器件、推动半导体量子点技术革新的必然需求。
全基底原位合成钙钛矿量子点固体薄膜策略
南开化学学院陈军院士、袁明鉴研究员带领的科研团队，长期聚焦高性能半导体光电转换材料及器件研究。在持续探索适配于器件制造工艺的钙钛矿半导体材料合成新方案的过程中，研究团队发现，通过改变有机配体结构，可以有效诱导钙钛矿材料维度信息、电子能带结构、激子效应等理化特性转变。基于上述发现，研究团队随后对配体进行理性设计，创造性地实现了在基底表面上的高质量导电钙钛矿量子点固体薄膜原位合成全新策略。
钙钛矿量子点固体薄膜成膜机制探究
由于该策略可以有效避免传统量子点制备策略中所面临的配体易脱落、配体过多致使光学性能差、导电性差等问题，所合成的钙钛矿量子点固体薄膜具有极佳的光学与电学性质。同时，研究团队将该高性能钙钛矿量子点固体薄膜材料引入电致发光二极管器件中，并成功实现了具有高能量转换效率的三原色电致发光二极管的可控构筑。
钙钛矿发光二极管相关器件性能
《自然》期刊审稿人对该研究给予了高度评价：“这项工作为钙钛矿量子点合成及应用提供了一种具有高度普适性及精确可控性的全新范例；更为重要的是，该策略以固体薄膜的形式实现了这一点，而这是电致器件制造所必须的组成部分；由于此前无法获得足够小的高质量导电量子点固体，领域发展多年来一直受到制约，这项研究以一种普适的方式妥善地解决了这个问题；这项研究代表着这一领域的重大突破！”
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延伸阅读：
陈军，无机化学家、中国科学院院士、南开大学副校长、教授。主要从事无机固体化学与新型储能材料的研究。
袁明鉴，南开大学化学学院特聘研究员。研究领域为有机-无机杂化半导体光电转换材料及器件。
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