图 全溶液法原位构建的钙钛矿范德华外延异质结料、发光薄膜与LED器件

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2225024）资助下，南开大学化学院教授袁明鉴、中国科学院院士陈军、研究员章炜领衔的科研团队，联合北京师范大学、复旦大学、香港大学、洛桑联邦理工学院等8家国内外机构，在新型钙钛矿超高清显示技术领域取得重要突破。研究成果以“钙钛矿外延异质结构实现高效高稳定纯红光LED器件为题（Perovskite Heteroepitaxy for High-Efficiency and Stable Pure-Red LEDs），于2025年2月19日在《自然》（Nature）期刊发表。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08503-9。

　　钙钛矿材料凭借高荧光量子产率、优异色纯度和宽色域等特性，被视为下一代超高清显示技术的理想候选材料。作为红、绿、蓝三基色之一，纯红光钙钛矿LED对实现满足Rec. 2100超广色域标准的下一代超高清显示系统至关重要。然而，纯红光钙钛矿LED长期受困于材料稳定性差等难题。

　　CsPbI₃钙钛矿量子点具有尺寸依赖的可调带隙发光，是实现纯红光钙钛矿LED的理想材料。然而，CsPbI₃钙钛矿体相材料在室温下就易发生相转变，转化为非光学活性相，本征相稳定性较差。更严峻的是，CsPbI₃钙钛矿量子点由于粒径极小、表面能极大的原因，导致其在室温下几乎无法稳定存在。因此，理解亚稳态CsPbI₃钙钛矿量子点相转变机制，在此基础上发展高效相稳定性提升新策略，进而实现高效与高稳定兼备的纯红光钙钛矿LED，是推动钙钛矿发光材料在超高清显示应用的必然需求。

　　南开大学袁明鉴教授、陈军院士、章炜研究员带领的科研团队针对该领域难点问题展开了深入研究，发现通过晶格应力操控实现钙钛矿局部晶格扭曲，可以显著增强亚稳态钙钛矿材料的相稳定性。基于上述发现，研究团队利用配体分子结构设计调控，首次报道了一种全溶液法原位制备钙钛矿范德华外延异质结以提升钙钛矿量子点相稳定性的全新策略。结合球差校正透射电镜表征与密度泛函理论研究，研究团队首次揭示了钙钛矿外延异质结构的界面应力对钙钛矿量子点晶格结构的调控机制。研究表明，界面应力诱导的晶格扭曲可以有效抑制CsPbI₃钙钛矿量子点的相转变过程，显著提升材料的稳定性。所获得的CsPbI₃钙钛矿量子点导电薄膜具有优异的稳定性和光电性质。在此基础上，团队成功研发了兼具世界一流性能及稳定性的纯红光钙钛矿LED，解决了长期困扰该领域的瓶颈问题。

　　该研究立足化学学科，汇聚材料、物理、信息等多学科力量，发展了透射电镜先进结构表征技术，实现了全溶液法钙钛矿范德华外延异质结构的新物质创造，为高性能异质结光电器件的开发提供了全新范式，推动了钙钛矿电致发光材料在超高清显示领域的应用进程，助力我国新型显示技术核心材料研发突破。

　　该工作依托南开大学化学学院、特种化学电源全国重点实验室、有机新物质创造前沿科学中心、物创海河实验室等平台开展。