近日，上海大學吳明紅教授、王亮副研究員在綜合性頂級期刊Science Advances發表題為「Full-color fluorescent carbon quantum dots」的論文，報導了一種高亮度、高穩定的全色螢光碳量子點的全新製備方法——酸試劑調控材料表面給電子基團/吸電子基團策略，並成功地研製了全色發光膜以及多種類型的高顯色指數白光發光二極體（WLED）器件，使用該策略製備的碳量子點在環境中重金屬離子和汙染物檢測、光催化和電催化處理環境中難降解有機廢水、生物成像、能量轉換與器件存儲、柔性光電器件等領域具有廣闊的應用前景。
圖1全色螢光碳量子點的酸試劑調控合成策略示意圖及其螢光照片
WLED憑藉使用壽命長、結構緊湊以及顯著的節能效果等優勢，被認為是下一代照明設備的首選。當今白光主要是通過藍光或紫光LED晶片與多色螢光粉的組合方式產生，在各類螢光粉材料中，膠體半導體量子點成為顯示和照明技術發展的潛在候選者。然而，絕大多數半導體量子點在合成和環境安全性方面仍然具有挑戰，限制了其在某些領域中的應用。
碳量子點已作為開發WLED的新型螢光粉出現，有望成為光電器件關鍵組件，但其遇到的技術瓶頸便是發射光譜和螢光顏色可調局限性。通常情況下，大多數碳量子點僅僅發射藍色、綠色或黃色螢光，碳量子點的WLED會遇到相對較低的顯色指數，因此難以實現各種類型的WLED。如何將碳量子點的螢光擴展到整個可見光光譜並可規模化製備，最終構建多類型WLED模塊，近年來一直是國際研究的熱點。
研究團隊設計了一種全新的製備方式——酸試劑調控材料表面給電子基團/吸電子基團策略，成功地合成了從藍色到紅色甚至白色的明亮且高穩定的全色螢光碳量子點體系，並闡明了量子尺寸效應。合成策略在融合過程中依賴於引入的酸試劑的吸電子基團，該基團在碳量子點表面上不斷的增長，使得其發光波長紅移並增加其粒徑，最終實現了碳量子點在高螢光量子產率、光學可調性、出色的穩定性等方面的完美結合，從而構建出優異特性的WLED器件，包括暖色、標準色和冷色WLED。
圖2全色螢光碳量子點在螢光複合膜和WLED領域中的應用
上海大學為論文第一單位和通訊單位，上海大學環境與化學工程學院王亮副研究員和博士生李偉濤（2017級）為共同第一作者，吳明紅教授、王亮副研究員為共同通訊作者。萊斯大學的Pulickel M. Ajayan教授團隊對實驗設計以及相關機制方面提供了重要的建議，上海大學新型顯示技術及應用集成教育部重點實驗室張建華教授和殷錄橋副教授對WLED測試給予了幫助。
該工作得到了國家自然科學基金、上海市揚帆學者計劃、長江學者計劃和教育部創新團隊等項目的資助和支持。
（來源：上海大學 版權屬原作者 謹致謝意）
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