近日，吉林大学肖冠军教授等人，通过引入高压调控维度，探索不同类型（X/L/Z）配体包覆的CdS纳米晶的压力效应，成功揭示了其缺陷发光主要由表面空穴陷阱所贡献，而非辐射复合主要与表面电子陷阱有关。进一步基于高压服务常压科学的学术理念，利用高压研究阐明的物理机制指导常压合成，通过在CdS纳米晶表面掺杂具有不同缺陷能级深度的硫族阴离子消除表面悬挂Cd位点，选择性钝化与非辐射跃迁相关的表面电子陷阱，实现了CdS半导体纳米晶的缺陷发光增强和大范围精确调控，获得了高显色指数（86）的单组分“中性”白光。相关工作以“Identification of Defect Origin and White-Light Emission Tuning of Chalcogenide Quantum Dots Through Pressure Engineering”为题，发表在中国化学会旗舰刊CCS Chemistry上(CCS Chem. 2024, 10.31635/ccschem.024.202403971)。

当今，照明所消耗能源占据人类在世界能源损耗的20%。因此，开发高效照明材料是缓解能源危机的重要途径之一。白光发射纳米材料能够有效提高固态照明的发光效率从而降低能耗，成为科学研究的热点。通常情况下，白光的产生是通过混合具有不同发光颜色的多组分而实现，但是不可避免自吸收、相分离、颜色老化和不易加工等问题。单一组分白光化合物则打破这些局限，吸引了研究者的广泛关注。近年来，低维有机-无机杂化卤素钙钛矿材料因其宽带自陷态激子复合发光，可以实现单一组分的白光发射。然而，其较低的输运性能和不稳定性极大地制约了他们的实际应用。

基于传统无机量子点的光电器件具有稳定性好、电子迁移率高、寿命长和成本低等优点，尤其是传统II-VI族无机半导体纳米晶因其独特、可控的表面缺陷发光，成为高效稳定的单组分白光材料重要候选之一。此外，硫族半导体纳米晶中的缺陷发光究竟来源于哪种表面缺陷位点？长久以来一直是困扰科学家的难题，成为制约合成高效白光发射硫族纳米晶的关键。如何同时实现本征光和缺陷光的双增强，尤其是大幅增强缺陷发光，是实现高效白光的关键。因此，亟需发展一种能够增强配体分子和纳米晶表面相互作用的有效手段，揭示II-VI族半导体纳米晶缺陷发光的陷阱起源，从而选择性钝化纳米晶表面的非辐射相关缺陷，最终实现辐射相关的缺陷发光增强，获得高效单组分白光发射。

图1. (a) 表面包覆配体的CdS纳米晶的简化模型；(b-d) 不同类型配体包覆的CdS纳米晶的发光机理示意图；

(e) 表面掺杂硫族缺陷纳米晶的简化模型；(f) 常压合成和调控纳米晶表面的缺陷发光，实现白光发射机理示意图。

 作者分别制备了被L型配体OLA、X型配体OA和Z型配体Cd(OA)₂钝化的CdS纳米晶，以下简写为CdS-OLA、CdS-OA和CdS-Cd(OA)₂。通过压力增强纳米晶与不同类型配体之间的相互作用，可以选择性地增强CdS纳米晶的本征发光和缺陷发光。在压力作用下，CdS-OLA的缺陷发光强度增强了2倍，而CdS-OA的缺陷发光强度增强了15倍。此外，在CdS-Cd(OA)₂中，本征发光强度增强了约40倍。由于OA和OLA配体钝化的是CdS纳米晶表面电子陷阱，而Cd(OA)₂钝化的是表面空穴陷阱，因此上述结果表明CdS纳米晶表面缺陷发光主要由表面空穴陷阱所贡献，非辐射复合则主要由表面电子陷阱引起（图1）。进一步根据高压研究的机理指导常压合成，通过在CdS纳米晶表面掺杂具有不同缺陷能级深度的硫族离子，如Se、Te离子，可以在580 nm至700 nm波长范围内大幅调控CdS纳米晶的缺陷发光峰位，实现高效量子剪裁。通过优化合成具有合适本征发光及缺陷发光峰位的CdS纳米晶，选择性钝化其表面电子陷阱，使其本征发光和缺陷发光同时得到显著增强，获得了具有86的高显色指数(CRI)的节能中性白光（图2）。

本论文基于高压服务常压科学的学术理念，通过高压研究揭示缺陷发光起源，助力常压精准合成高效单组分白光硫族半导体纳米材料。首先利用压力手段揭示了CdS纳米晶的缺陷发光起源，并进一步基于该机制，在常压条件下合成和调控纳米晶表面的缺陷发光，进而与本征发光协同作用，实现高质量单组分中性白光发射，为其在白光器件的设计与应用提供了新思路。

图2. (a-b) 油酸配体钝化的CdS@CdSe纳米晶的原位高压荧光光谱，右边为DAC内部的荧光显微照片；

(c) CdS@CdSe纳米晶的原位高压吸收光谱；(d) 高压下CdS@CdSe纳米晶的色温演化。

核心概念图：高压服务常压科学——

高压研究揭示发光机理，指导常压设计与合成

文章第一作者为吕鹏飞博士，通讯作者为肖冠军教授，并得到了邹勃教授的悉心指导和大力支持。该工作是在国家重点研发计划“物态调控”重点专项、基金委面上项目等基金资助下完成的。 

肖冠军，吉林大学唐敖庆卓越教授、博士生导师。入选教育部“国家重大人才工程奖励计划”青年学者、英国皇家化学会会士（RSC Fellow）、国家重点研发计划课题负责人。2008年本科毕业于吉林大学物理学院，2013年博士毕业于吉林大学超硬材料国家重点实验室，师从邹广田院士和邹勃教授。长期从事高压光物理和高压化学研究，作为第一/通讯作者在Nature Commun. (1)、J. Am. Chem. Soc. (5)、Angew. Chem. Int. Ed. (6)、CCS Chem. (2)、Nano Lett. (1)、Adv. Mater.(1)、Chem. Sci. (1)、Cell Rep. Phys. Sci.(2)、Sci. Bull. (1)和Adv. Sci. (3)等期刊发表论文50余篇，授权国家发明专利10余项。获国际先进材料学会科学家奖、首届“全国高压科学卓越青年学者奖”和唐敖庆青年人才奖，任中国化学会高压化学专委会委员、中国颗粒学会发光颗粒专委会常务委员、中国材料研究学会极端条件材料与器件分会委员、中国感光学会青年理事， Front. Chem.、The Innovation、eScience、Mater. Res. Lett.、SmartMat 和 Energy Environ. Mater.等杂志（青年）编委。