【Angew.Chem.】重量级突破，8 小时稳定窗口！CsPbI₃ 量子点规模化合成新突破

文章标题： Extending the Temperature and Time Operating Windows of CsPbI₃ Quantum Dots for Scalable Synthesis for LEDs
通讯作者： Xiaoyu Zhang
文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.3302558

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文章概要

引言

CsPbI₃ 钙钛矿量子点因其高色纯度和溶液可加工性，被认为是下一代显示与照明的理想材料。然而，它们的合成窗口极其狭窄，温度和时间稍有偏差就会导致配体脱附、Ostwald 熟化以及 α→δ 相转变，从而使量子点失去稳定性和光学性能。这种脆弱性在规模化生产中尤为突出，严重限制了其产业化应用。为解决这一问题，研究团队提出利用苯基膦酸（PPA）作为新型配体，通过强配位与温和蚀刻的协同作用，显著拓宽 CsPbI₃ 量子点的合成温度与时间窗口。

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主要实验及结论

研究首先揭示了 CsPbI₃ 量子点不稳定的根源：传统 OA/OLA 配体结合能弱，升温后易脱附，导致表面能升高并触发熟化与相变。PPA 具有更高的配位能，可形成稳定的 Pb–O–P 键，降低表面能并抑制熟化。同时，PPA 的 pKa 适中，可在量子点尺寸达到临界值时温和蚀刻外层单元，维持小尺寸并避免 δ 相倾向。

在无 PPA 条件下，170°C 合成的量子点在 30 分钟内迅速退化，表现为吸收尾态增强、PL 红移、FWHM 变宽、PLQY 从 77.8% 降至 61.2%，最终失去光活性。而加入 PPA 后，量子点在 170°C 下可稳定存在超过 8 小时，光谱几乎不发生变化，显示出极高的热稳定性与尺寸聚焦能力。

进一步的温度扫描实验表明，PPA 能够在 150–190°C 范围内维持量子点的吸收与发光稳定，显著拓宽热操作窗口。冷却过程中，光谱同样保持稳定，FWHM 甚至进一步变窄，显示出优异的抗聚集与抗相变能力。

在结构与光学表征中，PPA 量子点表现出高度单分散性（平均尺寸约 6.4 nm）、规则晶格、极低的 Urbach 能（28.2 meV）、超高 PLQY（99.8%）以及窄发射带宽（34.5 nm）。其溶液与薄膜在空气中存放 90 天仍保持稳定，光稳定性和热稳定性分别提升超过 150 倍与 175 倍。

在器件方面，研究者将 PPA 稳定的 CsPbI₃ 量子点用于红光 LED，最终实现了 30.7% 的峰值外量子效率（EQE），并在大面积器件中保持均匀明亮的电致发光，性能超过以往报道的红光钙钛矿量子点 LED。

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总结及展望

本研究通过引入苯基膦酸，成功将 CsPbI₃ 量子点的合成从“脆弱窗口”转变为“宽容窗口”，实现了超过 8 小时的稳定反应时间与更高的温度容忍度。PPA 的强配位与温和蚀刻双重作用有效抑制了 Ostwald 熟化与相变，使量子点在规模化制备中仍能保持高质量与高一致性。

这一策略不仅显著提升了量子点的光学性能与稳定性，也使其在 LED 器件中展现出超过 30% 的高 EQE，证明其工业化潜力。未来，结合配体工程、纯化工艺与材料回收等进一步优化，有望构建完整的规模化生产体系，推动红光钙钛矿量子点在显示与照明领域的真正落地。