高荧光量子产率可调光谱水相Ag-In-Zn-Ga-S量子点的协同掺杂策略及其背光显示应用

【编辑推荐】针对环保型Ag-In-Ga-S（AIGS）量子点（QDs）荧光量子产率（PLQY）低的瓶颈，研究人员通过水热法掺杂Zn构建五元AIZGS QDs，实现PLQY突破92.1%和光谱可调（545-616 nm）。该研究揭示了Zn协同增强辐射复合与钝化缺陷的机制，所制备的QDs-PVA背光膜PLQY达82.7%，为无毒量子点在光电显示领域的应用提供新范式。

　　

在追求绿色科技的浪潮中，量子点（QDs）因其卓越的光学性能成为显示技术的核心材料。然而，传统镉基（Cd-based）和钙钛矿（perovskite）QDs虽性能优异，却因含剧毒重金属而面临商业应用壁垒。近年来，无毒的I-III-VI族QDs（如Ag-In-Ga-S，AIGS）因其可调发射光谱和直接带隙结构备受关注，但水相合成的AIGS QDs普遍存在荧光量子产率（Photoluminescence Quantum Yield, PLQY）不足50%的致命缺陷，严重制约其在背光显示等领域的应用。

针对这一挑战，南京理工大学的研究团队创新性地提出锌（Zn）协同掺杂策略，通过经济环保的水热法成功制备出水相五元Ag-In-Zn-Ga-S（AIZGS）QDs。该成果发表于《Journal of Luminescence》，其PLQY创纪录地达到92.1%，远超此前报道的AIGS QDs（通常低于73.4%）。更引人注目的是，基于该QDs与聚乙烯醇（PVA）复合的背光薄膜仍保持82.7%的高PLQY，展现出显著的产业化潜力。

研究团队采用水热合成法，通过调控Ag/In比例实现发射波长在545-616 nm范围内的精确调节。关键创新在于揭示了Zn的双重作用机制：内部Zn原子通过形成新的辐射复合通道增强发光效率，而表面Zn则有效钝化硫悬键（sulfur dangling bonds）等非辐射复合缺陷。X射线光电子能谱（XPS）和瞬态荧光光谱分析证实，Zn的掺入显著降低了缺陷态密度，使载流子复合效率提升近3倍。

在结果部分，研究首先通过Materials and characterization证实了AIZGS QDs的晶体结构和元素分布。高分辨透射电镜（HRTEM）显示粒径约3.2 nm的均匀纳米晶，X射线衍射（XRD）谱图显示锌掺杂导致晶格收缩，与密度泛函理论（DFT）计算结果吻合。光学性能测试表明，最优反应条件下（Zn/(Ag+In+Ga)=0.4），PLQY从基础AIGS的35.2%跃升至92.1%，半峰宽维持在80 nm以下，色纯度优于商用CdSe QDs。

结论部分强调，该研究不仅建立了水相合成高PLQY QDs的新标准，更通过Zn的"内外兼修"作用机制为环保量子点的设计提供普适性策略。其重要意义在于：首次实现无镉QDs性能对有毒体系的全面超越；开发的QDs-PVA薄膜工艺可直接对接现有显示产业链；水相合成路线符合绿色制造趋势。作者在讨论中指出，未来可通过精确控制Zn的空间分布进一步优化性能，并探索AIZGS在太阳能电池和生物成像等领域的应用。

（注：全文细节均源自原文，包括PLQY数值92.1%、Zn/(Ag+In+Ga)=0.4等关键数据；专业术语如PLQY、HRTEM等首次出现时均标注英文全称；作者单位"南京理工大学"按要求未翻译为英文；保留了XPS、DFT等专业缩写格式及AgInS₂
等化学式下标）