胶体量子点由于其优异的发光性质，被认为是下一代发光显示和固态照明领域最具潜力的材料之一。与经典的镉基和铅基量子点相比，InP基量子点不含重金属元素，其发光颜色可以覆盖整个可见光范围。因此，InP基量子点被认为是新一代“绿色”环保的发光材料。然而，受制于制备InP基量子点所需要的磷前驱体价格昂贵且易燃易爆，InP基量子点的发展仍然相对滞后。针对以上研究现状，广西大学纳米光子学研究团队与苏州星烁纳米科技有限公司合作，引入了廉价和低毒的磷酸乙炔酸钠作为合成高发射InP基量子点的替代磷源。所得量子点发光颜色可以在465至620 nm范围内调谐，其光致发光量子产率可达97%。采用InP基量子点作为发光层制备了量子点发光二极管，所制备的蓝色、绿色和红色器件，其最大外量子效率分别为1.47%、6.88%和13.62%。相关工作在ACS Energy Letters（2021, 6, 2697–2703）上发表，论文第一作者为于鹏和单玉亮博士，曹盛副教授、王允军博士和赵家龙教授为论文共同通讯作者。
相较于II-VI族镉基量子点，InP量子点由于其不含重金属元素的低毒特性引起了人们的关注。近年，随着研究的不断深入，InP基量子点已经可以做到发射波长可调谐，绿光、红光荧光量子产率接近100%等优异的发光特性。然而，现有的InP量子点的合成方法主要以易燃易爆的硅基磷((SiMe)3)P及氨基磷为主(DMA)3P。造价昂贵且不易操作、保存、运输等问题为InP量子点进一步的研究和产业化带来了极大的不便。为此，本工作研究人员寻找到了一种无机固态金属磷源NaOCP合成了一系列高质量InP量子点。此前，这种磷源主要被用于合成含磷杂环化合物进而催化活性金属配合物的配体或电子器件中的分子组分。与传统的有机磷源或无机气相、液相磷源相比，这种无机固态磷源在很大程度上可以避免传统磷源所带来的问题，同时展现出了可与基于传统磷源合成的InP基量子点相比拟的光电特性。这种新型磷源的投入使用可以有效的降低InP基量子点合成过程中的安全问题以及成本，为InP基量子点进一步的发展和工业化提供了新的策略。
图1. NaOCP合成的InP基量子点的结构和光学特性。图片来源：ACS Energy Lett.
基于NaOCP的InP核壳结构量子点的结构及光谱表征如图1所示。其XRD谱与标准卡片吻合，随着ZnSe和ZnS的逐层包覆激子吸收峰，PL峰逐渐红移，其TRPL谱逐渐趋于单指数衰减且寿命变长。
图2. 新磷源合成磷化铟的反应过程。图片来源：ACS Energy Lett.
作者采用了无机固态金属磷源NaOCP合成InP量子点，结合固体核磁磷谱及傅里叶近红外谱分析了成核的过程及机理，如图2所示。随着温度的提升，碳磷三键开始断裂，随着温度的进一步提升碳磷三键完全断裂形成InP量子点。
图3. InP基量子点的光学特性。图片来源：ACS Energy Lett.
基于量子尺寸效应作者设计并合成了发射范围465-620 nm的InP核壳结构量子点且具有较好的光学性能如高PLQY，窄半峰宽等。其吸收谱与PL谱及其数码照片如图3所示。
图4. 器件的结构及其电致发光特性。图片来源：ACS Energy Lett.
为进一步证明其在光电领域中的应用，作者制备了如图4a所示结构的QLED器件，其电致发光特性如图4b-e所示。其中绿光和红光QLED在4V电压下已达到接近10000 cd/m2的亮度，且在高亮度下具有较高的EQE。蓝、绿和红色QLED最大EQE分别为1.47%、6.88%和13.6%。
作者首次采用了一种经济环保的无机固态金属磷源NaOCP合成了高质量的InP基量子点。其发射范围在465-620 nm可调谐，具有43-97%的PLQY。所制备的量子点可达到现有基于其它磷源的InP基量子点的PL特性。同时，作者验证了这种新磷源制备在InP基量子点在QLED中的潜在应用前景，所制备的蓝、绿和红色QLED具有1.47%、6.88%和13.6%的EQE。本工作证明了这种新型磷源在制备高质量InP基量子点的可行性。该研究成果有望加速推进InP基无镉环保量子点在高亮度和高效率显示应用的进程。
Inorganic Solid Phosphorus Precursor of Sodium Phosphaethynolate for Synthesis of Highly Luminescent InP-Based Quantum Dots
Peng Yu, Yuliang Shan, Sheng Cao*, Yaqi Hu, Qiuyan Li, Ruosheng Zeng, Bingsuo Zou, Yunjun Wang*, and Jialong Zhao*
ACS Energy Lett., 2021, 6, 2697–2703, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01067
王允军博士：毕业于加拿大阿尔伯塔大学，美国斯坦福大学博士后。自2002年从事量子点制备和应用开发工作，具有近20年的技术积累和研发经验，是量子点领域的资深专家。2012年回国创办苏州星烁纳米科技有限公司，任公司董事长兼总经理，入选国家级重大人才引进工程，江苏省双创人才，姑苏领军人才、园区科技领军人才计划，累计发表科研论文40余篇，申请各项专利技术300余项，获授权70余项，参与国家标准制定2项。
曹盛副教授：2017年1月博士毕业北京科技大学，随后前往新加坡国立大学开展博士后研究工作，2019年5月受聘广西大学工作至今。主要从事无机半导体纳米材料的可控合成、光电性能及其在发光二极管应用中的研究。以第一/通讯作者在Joule, ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater., Chem. Mater. 等学术期刊上发表论文20余篇，封面论文2篇；参与撰写国际专著一部；申请发明专利11项，已授权7项。广西首届八桂青年学者，广西高校“百人计划”入选者。
赵家龙教授：教授，博士生导师，八桂学者。2008年入选中国科学院“百人计划”。2015年入选吉林省第五批拔尖创新人才第一层次人选。主要从事半导体纳米晶量子点的发光性质及其发光器件的制备和物理基础研究工作：研究了本征和掺杂半导体量子点的发光性质，揭示其发光来源和热稳定性机制；研究纳米晶复合纳米结构的超快速过程；制备出高性能红绿蓝色和白光量子点LED，其性能指标接近或达到了当时世界上最好的实验结果。在Nature Photonics (News & Views), Adv. Mater., ACS Energy Lett., Nano Lett., Chem. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces., J. Phys. Chem. Lett., Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett., Nanoscale, J. Mater. Chem. C等国际杂志上发表130余篇学术论文，论文他引4000余次。
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：如上所述，我们研究的目的是为了寻找一种安全，环保且经济实用的磷源合成高质量的InP量子点。在近十几年的研究中，合成InP所采用的磷源多为硅基磷((SiMe3)3)P,这种磷源造价昂贵且易燃易爆，为InP量子点的进一步发展带来了很多的困扰；而早期的无机磷源如PCl3,PH3分别为挥发性液体，气体，且毒性较大，不利于操作，运输。我们认为，当前种种磷源较大的安全隐患主要源自于其有机属性或是物相，为此我们希望寻找一种全无机固态磷源去解决这些问题。
A：本项研究遇到的挑战首先就是磷源的调查和选择，我们所选择的这种磷源之前应用较少且罕有报道；此外，如何调节样品的发光峰位，如调节样品比例，成核温度，包覆不同的核壳结构等需要相当大的工作量。
同时，这项研究属于交叉学科的研究，其中需要不少材料合成及电子器件方面的背景知识，以及先进的技术，为此，苏州星烁纳米科技有限公司提供给我们相当大的帮助。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A：该研究成果在开发环境友好型如无铅无镉的照明显示材料中有着非常重要的应用。我们所开发的这种磷源既环保而且经济，同时制备出的InP基量子点具有较好的光电特性，为环境友好型照明显示材料的进一步发展做出了一定的贡献。此外，这种新型磷源经济的价格和简单的合成方法也为照明和显示领域相关的企业的进一步工业化发展提供了一种材料和思路。
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