OEA | InP基量子点的挑战与突破：从成核机制到高性能QLED的系统性综述【北京交通大学/河南大学联合团队】

量子点被誉为“纳米世界中的明星材料”，凭借独特的量子限域效应和尺寸可调的光电特性，在显示、照明、生物成像等领域展现出巨大潜力。2023年诺贝尔化学奖授予量子点的发现与合成研究者，再次彰显了该领域的重要科学价值。在众多量子点材料中，磷化铟(InP)基量子点因其无重金属毒性、光谱覆盖范围宽、光学稳定性好等优势，被视为替代传统镉基量子点的理想候选材料，有望推动下一代绿色显示技术的革新。

然而，尽管InP基量子点在理论上具备优异性能，但其实际应用仍面临多重挑战。在合成过程中，如何实现尺寸均一、结晶度高、表面缺陷少的InP晶核，一直是科研人员攻坚的核心难题。传统合成方法难以精确控制成核与生长阶段，导致量子点尺寸分布不均匀、发光峰宽、荧光量子产率低，特别是蓝光器件的性能仍远落后于镉基体系。此外，量子点的壳层包覆、表面配体调控以及器件中电荷注入平衡等问题，也直接影响其最终的光电转换效率与工作稳定性。

面对这些挑战，科研人员持续在材料合成、表面工程和器件物理等方面进行深入探索。从经典的LaMer成核理论到非经典的魔法尺寸簇(MSCs)，从单层ZnS壳层到梯度合金壳层的设计，从长链配体到短链配体优化，每一步突破都推动InP基量子点向高性能、高稳定性、高色纯度方向迈进。近年来，随着合成策略与器件结构的持续优化，红绿光InP基量子点发光二极管(QLEDs)的外量子效率已突破20%，展现出与镉基器件竞争的强劲潜力。

在此背景下，北京交通大学与河南大学联合团队系统梳理了高性能InP基量子点及其QLEDs的关键优化策略。文章首先深入探讨了InP晶核的成核机制，涵盖经典成核理论、新兴非经典成核路径以及成核与生长阶段解耦策略，进而聚焦提升晶核质量的优化方法，强调物理尺寸筛选、锌盐调控及表面处理在提高结晶度与单分散性方面的关键作用。随后，系统阐述了核/壳工程的核心要素，包括壳层结构设计与优化以平衡晶格失配、精确调控壳层厚度以实现高度激子限域与高效光致发光，以及通过生长动力学调控实现无缺陷表面钝化。此外，还重点分析了配体工程对量子点分散性、稳定性及器件内部电荷传输性能的关键调控作用。最后，全面回顾了InP基QLEDs的最新进展与优化策略，并指出与实际显示应用之间仍存在显著差距。为此，文章进一步剖析了该技术在下一代显示与光电领域面临的商业化挑战，提出了突破当前局限的潜在路径，为InP基QLEDs技术的未来发展提供前瞻指导。

该综述为InP基量子点的制备及其QLEDs研究提供了全面而前沿的概览。它突破了传统“结构-性能-应用”的简单列举模式，以“成核动力学”为起点，以“表面与界面缺陷的精准钝化”为主线，系统地将InP晶核的可控合成、表面态钝化、核壳结构设计、配体工程以及QLEDs的电荷注入和泄漏等关键科学问题有机贯通，深刻揭示材料微观性能与宏观器件性能之间的内在关联，也为理解和解决InP基量子点在合成与器件的复杂挑战提供重要科学基础。

该工作以“Overcoming challenges in InP-based quantum dots: from nucleation mechanisms to high-performance quantum dot light-emitting diodes”为题发表在Opto-Electronic Advances 2026年第3期。北京交通大学唐爱伟教授、杨春和教授与河南大学陈斐研究员为本文共同通讯作者，博士研究生卞阳阳为本文第一作者。