钙钛矿纳米晶由于其优异的光电性能而被广泛研究应用于发光二极管（LED）器件，经过近几年的快速发展，目前钙钛矿纳米晶 LED 器件效率已经突破 20%，极有希望应用于下一代超高清柔性显示。钙钛矿纳米晶的发射半峰宽窄，而且光谱能够通过改变卤素组成进行调节，这也有助于精准实现 Rec.2020 显示标准。
然而，混合卤素钙钛矿纳米晶在电场作用下容易发生离子迁移，进而严重影响 LED 器件的光谱稳定性且大幅度降低器件操作寿命。对比来看，单卤素钙钛矿纳米晶 LED 器件表现出明显提高的光谱和操作稳定性。
鉴于此，郑州大学宋继中教授团队 针对单卤素钙钛矿纳米晶应用于先进显示领域的重要进展进行了系统性综述，讨论了该领域面临的挑战并进行了展望。 该成果以题为“Recent progress of single-halide perovskite nanocrystals for advanced displays ”发表在英国皇家化学会出版的纳米科学技术领域权威期刊 Nanoscale 姚纪松博士 ，宋继中教授 为通讯作者。
论文介绍了钙钛矿纳米晶实现 Rec.2020 的关键指标，并指出混合卤素钙钛矿纳米晶应用于 LED 器件中存在相分离这一严重阻碍。接下来，文中重点综述了基于量子限于效应和离子掺杂等策略调节单卤素钙钛矿纳米晶荧光发射光谱的最新研究进展，旨在提供一个关于单卤素钙钛矿纳米晶应用于未来先进显示的全面认识。 本综述主要包含五部分内容： 根据 Rec.2020 国际标准对显示色调的精准要求，钙钛矿纳米晶除了需要满足窄的发射半峰宽之外，红光、绿光和蓝光分别需要对应的发射波长是 630 nm、532 nm 和467 nm，而 CIE 1931 色空间中的坐标分别对应（0.170, 0.797）、（0.708, 0.292）和（0.131, 0.046）。
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图 1. Rec.2020对应的CIE坐标和光谱。
钙钛矿纳米晶不仅能够结合蓝光 LED 芯片作为光转换层用来显著提高显示应用的色域，而且能够作为直接电驱动的发光层，简化器件结构和提高效率，实现超高清柔性显示应用。基于材料制备和器件结构的优化，目前红光和蓝光钙钛矿纳米晶 LED 的器件外量子效率已经突破 20%，天蓝光 LED 器件效率也已经突破 10%。
通过改变钙钛矿纳米晶的卤素组成可以轻易实现其发射光谱的调节，进而实现 Rec.2020 显示标准。然而，混合卤素钙钛矿在电场作用下容易发生相分离现象，从而导致 LED 器件的发射光谱漂移，而且会严重降低器件的操作寿命。尽管目前已经有一些策略（包括：钾离子钝化，表面配体调控等）能够对卤素离子迁移起到一定抑制作用，但难以从根本上解决相分离这一问题。
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图 3. 混合钙钛矿纳米晶LED的离子迁移现象。
单卤素钙钛矿纳米晶实现 Rec.2020 显示标准 单卤素钙钛矿纳米晶的卤素迁移现象会明显弱于混合卤素，也因此能够显著提升 LED 器件的光谱稳定性和操作寿命。然而，碘基、溴基、氯基钙钛矿纳米晶的发射光谱通常分别在 680 nm、515 nm、410 nm 左右，难以直接满足 Rec.2020 显示标准。因此，单卤素钙钛矿纳米晶的光谱调节在实现先进显示方面具有挑战性。 目前，研究主要通过离子掺杂和维度调控来实现单卤素钙钛矿纳米晶的光谱调节。例如，利用大尺寸的有机阳离子取代 CsPbBr3 纳米晶的无机离子来实现 CsPbBr3 纳米发射光谱红移；基于量子限域效应减小钙钛矿纳米晶的尺寸能够实现光谱的蓝移，以此来实现纯红光或纯蓝光发射。
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图 4. 维度和离子掺杂调控单卤素钙钛矿纳米晶的光谱。
基于单卤素钙钛矿纳米晶实现先进显示应用具有重大意义。然而，目前报道的钙钛矿纳米晶及 LED 器件仍然存在诸多问题，例如：纳米晶长链有机配体导电性差且不稳定，钙钛矿 LED 器件操作寿命短，蓝光 LED 器件效率低等。因此，通过合理设计多配位的短链配体，纳米晶核壳结构以及器件界面优化，进一步提升单卤素钙钛矿纳米晶 LED 器件效率和稳定性。这也将促进钙钛矿纳米晶在先进显示领域的发展。
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图 5. 单卤素钙钛矿纳米晶实现高效稳定LED的挑战与前景。
Recent progress of single-halide perovskite nanocrystals for advanced displays JisongYao*(郑州大学姚纪松 ), Leimeng Xu, Shalong Wang, Zhi Yang and Jizhong Song*(郑州大学宋继中 ) Nanoscale 14 , 13990-1400710.1039/D2NR03872B
本文第一作者和共同通讯作者，2021 年毕业于中国科学技术大学获理学博士学位，郑州大学硕士生导师，主要从事金属卤化物钙钛矿发光二极管器件领域的研究工作，主要内容包括金属卤化物钙钛矿纳米材料可控合成与优化、光物理性质研究以及发光二极管器件制备等，已经在 J. Am. Chem. Soc., Acc. Chem. Res., Sci. Bull., J. Phys. Chem. Lett. 等期刊上发表 SCI 论文 20 余篇。 本文通讯作者，郑州大学教授，博士生导师，致力于发光显示材料及器件教学及科学研究。在发光显示领域，首次实现了铯铅卤量子点的电致发光，被 Science、Nature Nanotechnology 等评价为“首次（first）发展”、“发起了（initiated）”、“开启了（opened）”该LED体系。研究成果在 Nat. Photon., Adv. Mater., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊上发表 SCI 论文 80 余篇，被 SCI 他引 12000 余次，授权国家发明专利 20 项。获国家优秀青年基金、江苏省杰出青年基金、江苏省颗粒学会创新奖特等奖、中国新锐科技人物卓越影响奖等科技奖励和荣誉。2015、2017 年连续指导第十四届（一等奖）、第十五届（特等奖）“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛，获第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师奖。 A high impact, peer reviewed journal publishing experimental and theoretical work across the breadth of nanoscience and nanotechnology 2-年影响因子* 8.307 分5-年影响因子* 7.891 分最高 JCR 分区* Q1 物理-应用CiteScore 分† 13.4 分中位一审周期‡ 35 天
Nanoscale 发表有关纳米科学和纳米技术的高质量研究报道，包括各种跨学科的实验研究和理论研究，涉及的研究主题有纳米结构和纳米材料的合成、功能纳米材料和生物组装体的表征、纳米材料的性质、自组装和分子组织、复杂的杂化纳米结构、纳米复合材料、纳米颗粒、纳米晶体、纳米团簇、纳米管、纳米线、纳米催化、纳米理论建模、纳米电子学和分子电子学、纳米光子学、纳米芯片、纳米传感器、纳米流体和纳米加工、碳基纳米材料和装置、纳米仿生材料、纳米生物技术／生物纳米材料、纳米医学、纳米技术的监管方法和风险评估等等，对物理、化学、生物学、医学、材料、能源／环境、信息技术、检测科学、医疗保健和药物研发、电子工程等领域的科研人员具有广泛的吸引力。该刊由英国皇家化学会同中国国家纳米科学中心共同出版。
Editors-in-Chief
Chunli Bai (白春礼)
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