梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射

韦江流; 谢莹莹; 陈结峰; 金磊; 张志宽

doi:10.3724/CJLCD.2026-0097

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射

材料物理 | 更新时间：2026-09-16

- 梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射
- Cadmium-free blue-emitting quantum dots with gradient alloyed core-shell structure： realizing high-performance emission via synergistic band engineering and surface passivation
- 液晶与显示 2026年41卷第8期页码：1073-1085
- 作者机构：
  
  深圳扑浪创新科技有限公司，广东深圳 518115
- 作者简介：
  
  韦江流，男，学士，2011年于五邑大学获得学士学位，主要从事半导体纳米晶的合成设计与光电转换器件材料方面的研究。E-mail：weijl@planckinnovation. com
  金磊，女，博士，副研究员，2019年于加拿大国立科学研究院（Institut National de la Recherche Scientifique，INRS）获得博士学位，主要从事半导体纳米晶的合成设计与光电转换器件的开发，致力于推动绿色能源技术与高效光电器件的创新。E-mail：jinl@planckinnovation. com
  张志宽，男，博士，高级工程师，2005年于香港科技大学获得博士学位，主要从事半导体量子点发光材料及其在新型显示技术中的应用研究。E-mail：zhangzk@planckinnovation.com
- 基金信息：
- DOI：10.3724/CJLCD.2026-0097
  中图分类号： O482.31
- CSTR：32172.14.CJLCD.2026-0097
- 收稿：2026-06-01，
  
  修回：2026-07-10，
  
  纸质出版：2026-08-05
- 稿件说明：
移动端阅览
韦江流, 谢莹莹, 陈结峰, 等. 梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射[J]. 液晶与显示, 2026,41(8):1073-1085.

WEI Jiangliu, XIE Yingying, CHEN Jiefeng, et al. Cadmium-free blue-emitting quantum dots with gradient alloyed core-shell structure： realizing high-performance emission via synergistic band engineering and surface passivation[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(8): 1073-1085.
韦江流, 谢莹莹, 陈结峰, 等. 梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射[J]. 液晶与显示, 2026,41(8):1073-1085. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0097. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0097.

WEI Jiangliu, XIE Yingying, CHEN Jiefeng, et al. Cadmium-free blue-emitting quantum dots with gradient alloyed core-shell structure： realizing high-performance emission via synergistic band engineering and surface passivation[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2026, 41(8): 1073-1085. DOI： 10.3724/CJLCD.2026-0097. CSTR： 32172.14.CJLCD.2026-0097.

摘要

蓝光量子点是无镉环保显示与健康照明领域的关键发光材料，然而，其面临色纯度不足（半峰宽FWHM

30 nm）、发光效率偏低（光致发光量子产率PLQY

75%）、空气稳定性差及合成工艺繁琐等关键瓶颈。本研究提出一种协同能带工程与表面钝化的创新策略，通过精准构筑ZnSeTe/ZnSe/ZnSeS/ZnS梯度组分核壳结构，并结合卤化物辅助生长，成功制备了高性能无镉蓝光量子点。4层梯度结构实现了从核到外壳的晶格常数平滑过渡，有效抑制了界面失配缺陷；同时，卤素离子（Cl

）在生长过程中选择性吸附于高能晶面，调控生长动力学以促进粒径均一化，并与表面不饱和Zn²⁺配位，钝化悬挂键。所制备量子点发射波长为460 nm，半峰宽收窄至18 nm，光致发光量子产率高达92%，且空气中放置60天后PLQY保留率

80%。该协同策略为开发环保型高性能量子点提供了普适性思路。

Abstract

Blue-emitting quantum dots（QDs） serve as core luminescent materials for cadmium-free， environmentally benign display and healthy

lighting technologies. However， their practical application is hindered by critical challenges， including inadequate color purity（full width at half-maximum， FWHM

30 nm）， low luminescence efficiency（photoluminescence quantum yield， PLQY

75%）， poor ambient air stability， and cumbersome synthetic protocols. To address these bottlenecks， this study proposes an innovative synergistic strategy integrating band engineering and surface passivation. Through the precise construction of a ZnSeTe/ZnSe/ZnSeS/ZnS gradient-composition core-shell structure coupled with halide-assisted growth， high-performance cadmium-free blue-emitting QDs were successfully synthesized. The four-layer gradient core-shell architecture enables a smooth transition of lattice constants from the core to the outer shell， thereby effectively suppressing interfacial mismatch defects and reducing non-radiative recombination losses. Meanwhile， halide ions （Cl

） selectively adsorb onto high-energy crystal facets during the crystal growth process， which not only regulates the growth kinetics to enhance particle size uniformity but also coordinates with surface unsaturated Zn

ions to passivate surface dangling bonds， further optimizing the photoluminescent properties of the QDs. The as-synthesized QDs exhibit an emission wavelength of 460 nm， a narrow FWHM as low as 18 nm， and a high PLQY of up to 92%. Notably， the PLQY retention rate remains above 80% even after 60 days of storage under ambient air， demonstrating excellent long-term stability. This synergistic strategy provides a universal and scalable design principle for the development of environmentally friendly， high-performance quantum dot materials for advanced optoelectronic applications.

关键词

Keywords

references

ALIVISATOS A P . Semiconductor clusters， nanocrystals， and quantum dots ［J］. Science ， 1996 ， 271 （ 5251 ）： 933 - 937 . doi: 10.1126/science.271.5251.933 http://dx.doi.org/10.1126/science.271.5251.933

PENG X G ， SCHLAMP M C ， KADAVANICH A V ， et al . Epitaxial growth of highly luminescent CdSe/CdS core/shell nanocrystals with photostability and electronic accessibility ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 1997 ， 119 （ 30 ）： 7019 - 7029 . doi: 10.1021/ja970754m http://dx.doi.org/10.1021/ja970754m

QIAN L ， PENG X . Recent advances in quantum dot synthesis for display applications ［J］. Advanced Materials ， 2020 ， 32 （ 4 ）： 1905793 .

KIM J ， LEE S ， PARK S ， et al . High-efficiency quantum dot light-emitting diodes ［J］. Nature ， 2019 ， 575 （ 7784 ）： 636 - 640 .

CHOI J ， LEE J ， KIM H ， et al . Mini-LED backlit liquid crystal displays： a review ［J］. Journal of Display Technology ， 2021 ， 17 （ 1 ）： 1 - 16 .

ZHANG Y ， LI J ， WANG Y ， et al . Recent progress in quantum dot-based white LEDs ［J］. Advanced Optical Materials ， 2022 ， 10 （ 12 ）： 2200087 .

WANG X ， LIU Y ， ZHANG L ， et al . Toxicity of cadmium-based quantum dots ［J］. Environmental Science & Technology ， 2016 ， 50 （ 12 ）： 6147 - 6160 .

LEE B J ， KIM T Y ， KIM I ， et al . Bright and stable ZnSeTe core/shell quantum dots enabled by surface passivation with organozinc halide ligands ［J］. Chemistry of Materials ， 2024 ， 36 （ 1 ）： 471 - 481 . doi: 10.1021/acs.chemmater.3c02461 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c02461

LI H Y ， BIAN Y Y ， ZHANG W J ， et al . High performance InP-based quantum dot light-emitting diodes via the suppression of field-enhanced electron delocalization ［J］. Advanced Functional Materials ， 2022 ， 32 （ 38 ）： 2204529 .

CHAO W C ， CHIANG T H ， LIU Y C ， et al . High efficiency green InP quantum dot light-emitting diodes by balancing electron and hole mobility ［J］. Communications Materials ， 2021 ， 2 （ 1 ）： 96 . doi: 10.1038/s43246-021-00203-5 http://dx.doi.org/10.1038/s43246-021-00203-5

ZHANG W D ， DUAN X J ， CHEN L ， et al . Synthesis of deep blue InP quantum dots via HF etching for light-emitting diodes ［J］. ACS Applied Electronic Materials ， 2025 ， 7 （ 11 ）： 5061 - 5068 . doi: 10.1021/acsaelm.5c00503 http://dx.doi.org/10.1021/acsaelm.5c00503

MEI G D ， TAN Y Z ， SUN J Y ， et al . Light extraction employing optical tunneling in blue InP quantum dot light-emitting diodes ［J］. Applied Physics Letters ， 2022 ， 120 （ 9 ）： 091101 . doi: 10.1063/5.0084416 http://dx.doi.org/10.1063/5.0084416

WANG L ， CHEN Y ， ZHANG Y ， et al . ZnSeTe/ZnS core/shell quantum dots： synthesis， optical properties， and application in white light-emitting diodes ［J］. Journal of Materials Chemistry C ， 2018 ， 6 （ 3 ）： 703 - 710 .

YU J ， YE T ， ZHANG H ， et al . Tunable blue emission from ZnSeTe alloy quantum dots： the role of Te incorporation ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2019 ， 789 ： 1051 - 1057 .

庞可意，野世阳，梁艺，等 . ZnSeTe全彩量子点研究进展及其发光二极管应用［J］. 发光学报， 2026 ， 47 （ 1 ）： 10 - 21 ．

PANG K Y ， YE S Y ， LIANG Y ， et al . Recent advances in full-color ZnSeTe quantum dots toward high-performance light-emitting diodes ［J］. Chinese Journal of Luminescence ， 2026 ， 47 （ 1 ）： 10 - 21 . （in Chinese）

DENG X Z ， ZHANG F J ， ZHANG Y ， et al . Heavy-metal-free blue-emitting ZnSe（Te） quantum dots： synthesis and light-emitting applications ［J］. Journal of Materials Chemistry C ， 2023 ， 11 （ 42 ）： 14495 - 14514 . doi: 10.1039/d3tc02699j http://dx.doi.org/10.1039/d3tc02699j

JANG E P ， HAN C Y ， LIM S W ， et al . Synthesis of alloyed ZnSeTe quantum dots as bright， color-pure blue emitters ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2019 ， 11 （ 49 ）： 46062 - 46069 . doi: 10.1021/acsami.9b14763 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b14763

王艳林，曹松，余春燕，等 . LiCl掺杂PEDOT∶PSS提高蓝光量子点发光二极管的性能［J］. 液晶与显示， 2024 ， 39 （ 6 ）： 771 - 780 ． doi: 10.37188/cjlcd.2024-0087 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2024-0087

WANG Y L ， CAO S ， YU C Y ， et al . Performance enhancement of blue quantum dot light-emitting diodes via LiCl doped PEDOT∶PSS ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2024 ， 39 （ 6 ）： 771 - 780 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjlcd.2024-0087 http://dx.doi.org/10.37188/cjlcd.2024-0087

LEE C Y ， MUDE N N ， LAMPANDE R ， et al . Efficient cadmium-free inverted red quantum dot light-emitting diodes ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2019 ， 11 （ 40 ）： 36917 - 36924 . doi: 10.1021/acsami.9b12514 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b12514

WU C L ， LUO C Z ， HUO Y H ， et al . Highly efficient and ultrahigh-resolution quantum dot light-emitting diodes via photoisomeric transformation ［J］. Light： Science & Applications ， 2026 ， 15 （ 1 ）： 157 . doi: 10.1038/s41377-026-02246-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-026-02246-0

CHO S ， LIM S N ， KIM H S ， et al . Air-stable and environmentally friendly full color-emitting ZnSeTe/ZnSe/ZnS quantum dots for display applications ［J］. ACS Applied Nano Materials ， 2022 ， 5 （ 12 ）： 18905 - 18911 . doi: 10.1021/acsanm.2c04677 http://dx.doi.org/10.1021/acsanm.2c04677

CHANG J H ， JUNG D ， LEE H J ， et al . Impact of morphological inhomogeneity on excitonic states in highly mismatched alloy ZnSe 1- x Te x nanocrystals ［J］. The Journal of Physical Chemistry Letters ， 2022 ， 13 （ 49 ）： 11464 - 11472 . doi: 10.1021/acs.jpclett.2c03050 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c03050

CHENG C Y ， YU B B ， HUANG F ， et al . Near-unity quantum yield ZnSeTe quantum dots enabled by controlling shell growth for efficient deep-blue light-emitting diodes ［J］. Advanced Functional Materials ， 2024 ， 34 （ 24 ）： 2313811 . doi: 10.1002/adfm.202313811 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202313811

XIE R G ， KOLB U ， LI J X ， et al . Synthesis and characterization of highly luminescent CdSe-core CdS-Zn 0.5 Cd 0.5 S-ZnS multishell nanocrystals ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2005 ， 127 （ 20 ）： 7480 - 7488 . doi: 10.1021/ja042939g http://dx.doi.org/10.1021/ja042939g

CAI W B ， REN Y J ， HUANG Z G ， et al . Emission mechanism of bright and eco-friendly ZnSeTe quantum dots ［J］. Advanced Optical Materials ， 2024 ， 12 （ 6 ）： 2301970 . doi: 10.1002/adom.202301970 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202301970

ZHENG Z S ， REN Z W ， XIA W L ， et al . Bromide decorated eco-friendly ZnSeTe/ZnSe/ZnS quantum dots for efficient blue light-emitting diodes ［J］. Advanced Materials Interfaces ， 2023 ， 10 （ 5 ）： 2202241 . doi: 10.1002/admi.202202241 http://dx.doi.org/10.1002/admi.202202241

LIN Y C ， CHOU W C ， FAN W C ， et al . Time-resolved photoluminescence of isoelectronic traps in ZnSe 1- x Te x semiconductor alloys ［J］. Applied Physics Letters ， 2008 ， 93 （ 24 ）： 241909 . doi: 10.1063/1.3054162 http://dx.doi.org/10.1063/1.3054162

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

梯度合金核壳结构无镉蓝光量子点：协同能带工程与表面钝化实现高性能发射

自组装界面膜驱动的无传统两亲性表面活性剂反向微乳液法制备高稳定QD@SiO2

量子点白光LEDs及其在智慧照明中的应用

绿光InP基量子点发光性能提升策略：表面钝化与配体工程

胶体量子点直接光刻技术的发展与应用