【仪表网 研发快讯】近日，吉林大学物理学院王宁教授团队与合作者在纯蓝及深蓝色钙钛矿发光二极管(PeLEDs)领域取得突破性进展。通过设计新型同分异构双分子构建多重氢键网络，同步解决蓝光钙钛矿八面体结构失稳、载流子输运失衡、效率滚降等核心科学难题。相关成果以“Isomeric multi-hydrogen-bonding enables blue perovskite LEDs”为题在线发表于国际学术期刊《Nature》。
金属卤化物钙钛矿凭借色纯度高、带隙可调、溶液可加工等优势，是全彩高清显示具有潜力的新型半导体。然而，短波长的纯/深蓝钙钛矿面临多重瓶颈：宽带隙的有源层需要更高的驱动电压，加剧离子迁移与八面体晶格畸变；低维钙钛矿大量有机配体降低载流子迁移率；电荷注入不平衡、电场诱导相分离，最终造成器件效率低、电致发光光谱随电压红移、工作寿命短，严重制约钙钛矿显示技术的发展。现有单一配体钝化、维度调控策略难以同时兼顾结构稳定性、载流子输运与光谱稳定性。
针对上述关键科学挑战，王宁教授团队与合作者创新性地在空穴传输层/钙钛矿界面和钙钛矿体相内部分别引入两种功能互补的异构小分子-邻苄基羟胺盐酸盐(oBCl)和间苄基羟胺盐酸盐(nBCl)。oBCl的O-NH3+基团与nBCl的NH2+-OH基团，既可以与钙钛矿无机框架形成NH···X(X=Br, Cl)氢键，又能通过分子间的NH···O氢键相互连接，构筑了跨界面、跨组分的三维多重氢键网络(图1)。
通过系统的实验验证并辅以理论计算与模拟，合作团队揭示了异构分子氢键网络的工作机制：
1)oBCl因其较大的偶极矩有效降低了空穴注入势垒，实现了器件中平衡的电荷注入；
2)oBCl优先吸附于钙钛矿(100)晶面诱导成核，nBCl与oBCl的分子间氢键进一步引导晶体沿(110)晶面垂直生长，形成择优取向的层状结构，显著提升载流子输运能力(图2)；
3)多重氢键网络稳固了钙钛矿八面体框架，有效抑制了电场驱动下的离子迁移和相分离。同时，nB+的引入增强了电荷限域并减小了晶粒尺寸，同时降低了缺陷态密度，从而显著抑制了非辐射复合损失。
得益于该机制，合作团队成功实现了电致发光波长为468 nm的高效纯蓝光钙钛矿LED，其峰值EQE达到22.0%，最大亮度达到2,902 cd m-2，器件的工作半寿命(T50)达到670分钟。在波长更短的深蓝光波段，器件仍达到16.8%的峰值EQE，CIE色度坐标为(0.137, 0.058)。在连续直流电压驱动下，器件EL峰位保持恒定，展现出优异的电致发光光谱稳定性。
该工作报道的新型异构分子多重氢键键合策略，从钙钛矿结构稳定性、载流子传输与注入、结晶取向调控等多个维度协同突破了蓝光钙钛矿LED的效率与稳定性瓶颈，为未来实现基于钙钛矿的高清全彩显示及固态照明技术提供了一种重要的科学借鉴。
吉林大学王宁、同济大学孔令媚、上海大学杨绪勇为该论文的共同通讯作者。该工作得到了教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家自然科学基金委与香港研究资助局联合重点项目、国家自然科学基金委面上项目、吉林省科技厅、吉林省发改委及吉林大学的支持。该工作也得到了吉林大学物理学院公共测试平台、上海同步辐射光源等单位的支持。
引用：Nature│吉林大学物理学院王宁教授团队在蓝光LED领域获得新突破-吉林大学 【引用时间：2026年7月3日】
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