客户成就 | 南京理工大学&清华大学 Science Advances：表面结构无序调控助力高性能近红外 QLED 谱光慧联 2026年11月13日 11:39 上海
01研究背景
近红外量子点发光二极管（NIR-QLED）在夜视、生物成像与临床诊疗等领域前景广阔。甲脒铅碘（FAPbI₃）钙钛矿量子点作为近红外明星发光材料，外量子效率已突破 20%，但器件仍存显著瓶颈：与全无机钙钛矿量子点不同，杂化 FAPbI₃存在甲脒空位（VFA）、铅空位（VPb）与碘空位（VI）等复杂表面缺陷；且 FA⁺键能低、易分解，纯化与成膜过程中配体脱落进一步诱发空位，加剧表面结构无序。
表面结构无序带来三重矛盾：
1、有序性-缺陷矛盾：空位成为非辐射复合中心并诱发晶格畸变，限制光致发光量子产率；
2、亮度-滚降矛盾，高电流密度下效率滚降显著，约 30 mA/cm2 时 EQE 降至 10% 以下
3、效率-寿命矛盾，面结构无序加速材料与器件退化，1000 mW·sr-1·m-2 初始辐射亮度下工作寿命仅百分钟量级，严重制约产业化推进。
现有配体钝化虽可部分改善性能，却难以同时补齐亮度、效率滚降与工作寿命三块短板。为此，本研究提出多功能添加剂 4 - 氨基苯磺酸锌（ZABS），通过多功能基团与离子的协同作用缓解 FAPbI₃量子点表面结构无序，并结合稳态光谱、时间分辨光谱、超快光谱及电学测试，系统解析缺陷调控对激子复合动力学与器件性能的影响机制。
图 1. 表面结构无序缓解策略示意图。(A) 原始与目标 FAPbI3 量子点合成示意图；(B) ZABS 四种功能基团与双重氢键效应维持表面稳定；(C) 对量子点光学与微观结构性质的影响。
02研究成果
南京理工大学陈嘉伟、曾海波团队联合清华大学马冬昕等合作团队在 Science Advances 发表题为《Mitigating surface structural disorder for high-performance near-infrared quantum dot light-emitting diodes》的研究论文。该工作结合稳态光谱、时间分辨光致发光（TRPL）、飞秒瞬态吸收（TA）以及 STEM、XRD等表征手段，系统研究 ZABS 对 FAPbI3 量子点表面结构无序及缺陷态的调控机制：ZABS 通过多功能基团、Zn2+ 及双重氢键协同作用稳定量子点表面，使 PLQY 由 72% 提升至 92%，平均 PL 寿命由 93.54 ns 延长至 127.73 ns，薄膜陷阱态密度同步降低。基于该材料构筑的近红外 QLED 实现 789 nm 电致发光、42 nm 半高宽、23.11% 的最大外量子效率与 155,851 mW·sr-1·m-2 的最大辐射亮度；100 与 200 mA/cm2 下 EQE 仍保持 20% 与 15%，1000 mW·sr-1·m-2 初始辐射亮度下工作寿命达 2298 min，效率、亮度与寿命三项核心指标均处于已报道近红外 QLED 的水平。
图 2. 量子点光学与微观结构性能。(A)(B) PL 与吸收光谱；(C)(D) PLQY 统计与储存稳定性；(E)(F) STEM 图与粒径分布；(G)(H) XRD 与 FTIR 图谱；(I-L) XPS 高分辨谱及定量分析。
图 3. 陷阱态与激子动力学研究。(A) TRPL 衰减谱及拟合曲线；(B)(C) 77–297 K 变温 TRPL 与薄膜 PL 寿命；(D-F) 瞬态吸收光谱；(G-I) 单空穴器件结构与 I-V 曲线。
图 3 (a)、(b)利用谱光慧联 Excipolar Trion-TRPL共聚焦显微稳态–瞬态荧光光谱系统，揭示了 ZABS 调控前后 FAPbI₃ 量子点的激子复合动力学。图 3 (a)显示，经ZABS 改性后，量子点的平均 PL 寿命由 93.54 ns 显著延长至 127.73 ns（延长约 37%）；图 3 (b)中77–297 K变温 TRPL 衰减曲线进一步解析了温度依赖的激子动力学演化，从时间分辨层面证实了表面结构无序的缓解。结合 PLQY 与器件结果来看，TRPL 所呈现的寿命演化，为 "表面缺陷调控 — 激子复合动力学 — 器件性能提升" 提供了关键的时间分辨实验依据。
图 4. 近红外 QLED 器件光电性能。(A)(B) 器件结构与能级排布；(C)(D) J-V 与 R-V 曲线；(E)(F) EQE-电流密度曲线与峰值 EQE 统计；(G)(H) 电致发光光谱及 EL 峰位、半高宽演变。
图 5. 近红外 QLED 器件稳定性测试。(A-C) 对照组与 (D-F) ZABS 改性器件的 T50、辐射亮度衰减及电压漂移；(G) 已报道文献在最大辐射亮度、EQE 与工作寿命上的对比；(H) 五维雷达图对比；(I) 效率-波长对比。
03 ·时间分辨光致发光（TRPL）解决方案
Excipolar Trion-TRPL共聚焦显微稳态-瞬态荧光光谱系统
时间分辨光致发光（TRPL）通过记录脉冲激发后的发光衰减行为，获取激发态寿命与复合动力学信息，是解析辐射/非辐射复合竞争、缺陷俘获、能量转移及界面电荷转移动力学的关键时间分辨光谱手段。
谱光慧联 Excipolar Trion-TRPL共聚焦显微稳态–瞬态荧光光谱系统在本研究中发挥了关键支撑作用：凭借高时间分辨能力，精确采集了 ZABS 改性前后 FAPbI₃ 量子点的 PL 寿命演化（93.54 ns → 127.73 ns）及 77–297 K 变温 TRPL 衰减曲线。
尤为重要的是，Excipolar Trion-TRPL.能够依托 "稳态–瞬态一体化" 共聚焦显微平台，实现对材料同一微区实现稳态荧光与时间分辨荧光的原位关联检测 —— 在同一位置、同一视场内完成稳态光谱与动力学衰减的联动采集，避免样品漂移与空间位置差异带来的误判，使寿命数据与稳态发光、微观形貌严格对应，为 "缺陷 — 动力学 — 器件性能" 的多维度关联解析提供了更确定、可追溯的实验依据。
Excipolar Trion 共聚焦显微多维光谱仪
由此可见，稳态 PL/PLQY、TRPL、飞秒瞬态吸收与电学器件测试的多技术联用，能够构建材料 "结构 — 缺陷 — 动力学 — 性能" 的完整关联链条。围绕此类多维表征需求，谱光慧联可提供稳态光谱、时间分辨光谱等原位关联表征设备及整体解决方案，助力光电功能材料的高效研发。
南京理工大学与清华大学的这项研究，通过 ZABS 多功能分子调控缓解 FAPbI3 量子点表面结构无序，建立了从表面缺陷调控、激子复合动力学到器件性能提升的完整研究链条，为兼顾高效率、高亮度与长寿命的近红外钙钛矿发光器件提供了新的材料设计思路。
在该课题中，谱光慧联为研究团队提供了 TRPL 光谱测试支持，研究团队也在论文致谢中对 Excipolar Technology Co. LTD 表示感谢。作为光谱仪器及解决方案提供商，谱光慧联将持续面向钙钛矿、量子点、二维材料等光电功能材料研究，提供专业的表征设备、测试服务与应用支持，与科研同行共同推动光电材料与器件的创新突破。
文章引用：
Jiawei Chen et al., Mitigating surface structural disorder for high-performance near-infrared quantum dot light-emitting diodes. Sci. Adv. 12, eaeg2635 (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeg2635
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