预壳层保护机制抑制了InP量子点中基于晶面的选择性核心消化过程，从而实现了高产率且均匀的核心/壳层结构

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Pre-Shell Protection Suppresses Facet-Selective Core Digestion in InP Quantum Dots for High-Yield and Uniform Core/Shell Structures

量子点发光材料，InP/ZnSe/ZnS核壳结构，核心溶解，预保护策略，尺寸均匀性，光量子产率

　　在当今显示技术领域，量子点（Quantum Dots, QDs）因其优异的光学性能而备受关注。量子点作为一类具有独特光电特性的纳米材料，因其可调谐的带隙、高光致发光量子产率（Photoluminescence Quantum Yield, PLQY）以及窄的半高宽（Full Width at Half Maximum, FWHM）等特性，在包括太阳能电池、生物标记、光电探测器和显示器件在内的多种应用中展现出巨大潜力。然而，传统以镉（Cd）为基础的量子点虽然具有出色的光学性能，但其毒性问题限制了其在实际应用中的推广。因此，开发无镉、环境友好的替代材料成为当前研究的热点之一。在此背景下，磷化铟（Indium Phosphide, InP）量子点因其非毒性特性以及优良的光学性能，被视为一种有前景的替代材料。

InP量子点在合成过程中面临着一系列挑战，其中最关键的问题之一是其生产效率和尺寸均匀性。尽管已有研究探索了InP量子点的合成方法，但在实际应用中，其高产率和稳定尺寸仍然难以实现。为了深入理解这一问题，研究者们发现了一种此前被忽视的现象——在壳层生长前，InP核心在高温阶段会发生选择性溶解（core digestion）。这种现象不仅减少了量子点的数量，还导致核心尺寸分布的不均匀，从而影响后续壳层的生长条件，进而对最终量子点的光学性能产生负面影响。

在这一研究中，科学家们通过引入一种“预壳保护”策略，有效抑制了InP核心在高温下的溶解。具体而言，在壳层生长前，通过脉冲注入壳层前驱体（如ZnSe前驱体），在InP核心表面形成一层初步的壳层，从而保护核心免受溶解影响。这一策略不仅提升了量子点的产率，还显著改善了其尺寸均匀性和光学性能。实验结果显示，在10克规模的合成中，采用预壳保护策略的InP/ZnSe/ZnS量子点的产率提高了约204%，并且其光致发光量子产率接近100%，FWHM达到37纳米。这些结果表明，预壳保护策略在提高InP量子点的性能和可扩展性方面具有重要意义。

为了验证这一现象，研究人员通过多种表征手段对InP核心在不同溶剂中的溶解行为进行了深入分析。其中包括紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、能量色散X射线光谱（EDS）以及单光子荧光强度随时间变化的测量（Single-Photon Blinking）。这些实验揭示了InP核心在高温下与锌油酸（Zinc Oleate, ZnOA?）溶液之间的相互作用，以及其对核心结构和尺寸的影响。结果表明，当InP核心在ZnOA?溶液中加热至320°C时，其尺寸显著增加，同时吸收峰向红移，表明核心发生了部分溶解。相比之下，当核心在仅含油酸（Oleic Acid, OA）或正辛烯（Octadecene, ODE）的溶剂中加热时，核心的尺寸变化较小，且溶解程度较低。这一现象进一步支持了锌油酸对InP核心具有较强溶解能力的结论。

通过对比传统注入（Traditional Injection, TI）和双注入（Dual Injection, DI）策略，研究人员发现DI策略在保护InP核心方面更具优势。在TI策略中，InP核心在壳层生长前直接暴露于高温锌油酸溶液中，导致核心溶解，从而影响后续壳层的均匀生长和最终量子点的性能。而在DI策略中，通过在温度上升阶段进行一次脉冲注入，形成初步的ZnSe壳层，有效抑制了核心的溶解，使得后续的壳层生长更加均匀，最终获得的量子点具有更高的产率和更优的光学性能。此外，XRD分析进一步揭示了InP核心在不同溶剂中的溶解行为，其中ZnOA?溶液对核心的溶解作用尤为显著，导致特定晶面（如（220）和（311）晶面）的显著减弱，而（111）晶面则相对保持稳定。这表明，ZnOA?溶液对InP核心的溶解具有一定的晶面选择性，从而影响最终量子点的形貌和性能。

进一步的单光子荧光强度时间轨迹分析表明，预壳保护策略显著减少了量子点的非辐射复合路径。在DI策略下，InP/ZnSe/ZnS量子点的“亮态”（on-state）比例达到约64%，而TI策略下的量子点亮态比例仅为约24%。这一差异表明，DI策略下形成的量子点具有更少的缺陷和更稳定的发光特性，从而提高了其光致发光量子产率。同时，X射线光电子能谱（XPS）分析也证实了DI策略下形成的量子点中，未出现与TI策略下类似的In–S和Se–Se键合缺陷，进一步支持了预壳保护策略在减少非辐射复合路径方面的有效性。

研究还指出，InP核心的溶解不仅影响量子点的尺寸分布和光学性能，还对后续的壳层生长产生重要影响。在TI策略下，由于核心溶解，导致壳层在较少的存活核心上沉积，从而形成尺寸不均的量子点。相比之下，DI策略下，核心的完整性得以保持，壳层可以更均匀地生长，从而提升量子点的整体性能。此外，实验结果还表明，预壳保护策略能够有效提高量子点的生产效率和实验可重复性，为大规模、高质量InP量子点的制备提供了可行的解决方案。

在实际应用中，量子点的性能不仅依赖于其合成方法，还受到多种因素的影响，包括溶剂种类、温度控制、前驱体浓度以及反应时间等。本研究揭示了InP量子点合成过程中一个关键的退化路径——核心在高温下的选择性溶解，这一现象在传统合成方法中未被充分重视。通过引入预壳保护策略，研究人员成功抑制了这一溶解过程，从而提高了量子点的产率和性能。这一发现不仅为InP量子点的优化提供了新的思路，也为未来无镉显示技术的发展奠定了基础。

综上所述，本研究通过揭示InP量子点在高温下的核心溶解现象，并提出一种有效的预壳保护策略，为提升InP量子点的性能和可扩展性提供了重要的科学依据和技术手段。该策略在保持核心完整性的同时，促进了壳层的均匀生长，从而显著提高了量子点的光学性能和生产效率。未来，随着这一技术的进一步优化和推广，InP量子点有望在显示领域实现更广泛的应用，并为环保型纳米材料的发展提供新的方向。