北京
氫鍵破局，同濟團隊最新研究成果
發表于《自然》
北京時間7月1日，同濟大學材料科學與工程學院孔令媚特聘研究員團隊、上海大學楊緒勇教授團隊與吉林大學王寧教授團隊聯合在國際頂級期刊《自然》（nature）上發表題為“異構分子氫鍵助力高效藍光鈣鈦礦LED”（Isomeric multi-hydrogen-bonding enables blue perovskite LEDs）的研究論文。
隨著萬物互聯與智能終端的深度普及，作為人機交互核心窗口的顯示技術重要性日益凸顯，相關設備也正朝著高清、高效、沉浸式體驗的方向發展。鈣鈦礦發光二極管（LED）憑借色域廣、發光波長可調、低成本加工等顯著優勢，已成為近年來備受關注的新型顯示技術。當前，綠光和紅光鈣鈦礦LED性能取得了快速發展，而藍光器件性能落后，長期面臨著效率低和穩定性差的雙重困境，制約了該技術實現全彩顯示應用。
由于藍光鈣鈦礦發光體的帶隙較寬，其對應的LED器件要求在更高的電壓條件下工作，因此加劇了軟晶格鈣鈦礦結構和器件的不穩定。通常，為實現發射波長移動至純藍光發射區間，需要在鈣鈦礦薄膜內引入大量有機分子，但這種方式犧牲了鈣鈦礦的電學性能，導致器件性能大幅衰減。針對上述關鍵瓶頸，該研究提出構建同分異構分子氫鍵網絡策略，實現了鈣鈦礦LED在純藍甚至深藍發光區間效率和穩定性方面的重要突破。利用兼具氫鍵供體和氫鍵受體的O-芐基羥胺鹽酸鹽（OBCl）和N-芐基羥胺鹽酸鹽（NBCl）同分異構分子，在鈣鈦礦與空穴傳輸層界面處形成了由分子間相互作用與鈣鈦礦-分子間相互作用構成的多氫鍵網絡。該氫鍵網絡不僅能夠錨定八面體結構、抑制鹵素離子遷移，而且有效調控了層狀鈣鈦礦的取向，并同時強化了鈣鈦礦與空穴傳輸層之間的界面連接；此外，大偶極矩的OBCl分子在界面處的有序排列也使功能層的能級更為匹配，從而提升了鈣鈦礦發光體的電荷注入能力。利用這一巧妙的同分異構氫鍵網絡設計，藍光鈣鈦礦LED器件在468 nm和463 nm發光峰位的外量子效率分別達到了22.0%和16.8%，突破了純藍/深藍鈣鈦礦LED效率記錄；且發光光譜在高工作電壓下保持穩定，器件的運行壽命也得到了顯大幅延長。該研究結果為推進高效、長壽命藍光鈣鈦礦LED發展開辟了一條行之有效的創新路線。
該成果由同濟大學材料科學與工程學院、上海大學和吉林大學等單位合作完成，同濟大學材料科學與工程學院為主要完成單位之一，我院孔令媚特聘研究員為本文共同通訊作者，學院劉子睿博士后為第六作者。研究工作得到了國家自然基金委青年科學基金和中央高校基本科研業務費專項資金的資助。
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10723-0
來源：同濟大學材料科學與工程學院。
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