南京理工大学曾海波教授团队，2025年度代表性成果总结！

纳米人

2026-01-19

曾海波，南京理工大学材料学院院长，国家杰出青年基金获得者，国家“万人计划”领军人才，国家“重点研发计划”首席科学家，英国皇家化学会会士，美国光学会会士，连续9年“全球高被引科学家”。长期从事半导体量子点显示研究，建立了“半导体理论设计→激发态与载流子调控→显示器件、组件与应用”的特色研究体系，首创了量子点显示领域色纯度最高的三基色发光器件体系与方向，单篇引用超过3000次；发展了高空穴迁移率第五主族二维P型半导体的设计理论、单晶晶圆与高性能器件，单篇引用2000余次；发明了环保型量子点的单分散放大合成、跨尺度复合强化技术，及量子点背光透镜系列产品。发表SCI论文300余篇，包括Nature Materials、Nature Photonics、Nature Electronics等Nature/Science子刊20篇，Advanced Materials 50余篇，SCI他引6万余次，单篇超过1000次12篇，H因子120。获授权发明专利45项、PCT专利3项、国家标准2项，孵化国家级高新技术企业1个。以第一完成人获2023年国家级教学成果奖二等奖、2022年江苏省科学技术奖一等奖、2023年中国材料研究学会科学技术奖一等奖、2025年江苏省科技进步奖一等奖。以下节选2025年曾海波教授团队发表的代表性工作：

一、二维P型半导体

1. Nature Materials: 气-液-固-固（VLSS）生长高迁移率二维P型非层状β-Bi₂O₃单晶

南京理工大学陈翔、曾海波团队针对后摩尔时代亚10 nm CMOS半导体技术节点亟需高性能、高可靠的二维P型半导体材料这一关键学术界、产业界核心挑战，提出了“利用二维低熔点亚稳层状材料辅助生长高熔点非层状半导体材料”策略，借助盐-氧辅助化学气相沉积技术，实现了原子级平整、厚度及带隙可调、高结晶质量的二维P型β-Bi₂O₃单晶的可控合成，发现了一种罕见的气-液-固-固（VLSS）生长机制，实现了高迁移率、高可靠性的二维P型β-Bi₂O₃场效应晶体管器件，室温空穴迁移率高达136.6 cm² V^-1 s^-1，电流开关比1.2 × 10⁸，综合性能位居已报道二维P型晶体管的前列。该研究为后摩尔时代高性能、低功耗CMOS器件的发展提供了关键的材料支撑，标志着在该领域的重大突破。

Vapour–liquid–solid–solid growth of two-dimensional non-layered β-Bi₂O₃ crystals with high hole mobility

Nature Materials volume 24, pages 688–697 (2025)

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02141-w

2. Nano Letters：二维In₂Ge₂Te₆晶体用于高性能P型沟道晶体管

南京理工大学陈翔、曾海波团队报道了一种新型三元P型层状半导体In₂Ge₂Te₆，并通过创新性的双步CVT法成功制备出高质量的In₂Ge₂Te₆单晶。实验结果显示，该材料具有0.81 eV的直接带隙，以及0.27的低空穴有效质量。进一步利用机械剥离法从体单晶中获得了厚度低至0.4 nm（单层）的二维In₂Ge₂Te₆纳米片。理论计算预测，二维六方相In₂Ge₂Te₆有约0.20的低空穴有效质量和高达379 cm² V^-1 s^-1（单层）及2271 cm² V^-1 s^-1（双层）的高空穴迁移率。基于这些优异特性，研究团队采用二维In₂Ge₂Te₆作为沟道材料，成功制备出厚度低至几纳米的底栅场效应晶体管（FET）器件。实验表明，器件性能与厚度密切相关，当厚度为13 nm时，实现了最高的室温空穴迁移率43 cm² V^-1 s^-1和10⁵的开关电流比。本文的工作不仅为高性能P型二维半导体材料的研究提供了新的方向，也为推动半导体技术的进一步发展奠定了坚实基础。

2D In₂Ge₂Te₆ Crystals for High-Performance p-Channel Transistors

Nano Letters 2025, 25, 15, 6235–6243

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00580

3. Nano Letters：面向高性能二维SiS p-MOSFET 的孤立能带窄化以实现陡峭开关斜率

南京理工大学曾海波、张胜利、屈恒泽等人提出了一种基于孤立能带变窄的亚阈值输运调控思路，系统研究了二维SiS中孤立价带结构对p型MOSFET亚阈值特性的影响机制。通过引入双轴拉伸应变，调控Si-S原子轨道重叠强度，实现孤立价带带宽Ed的有效压缩与本征空态能级Ees的抬升，从而在关态下增强沟道势垒对应的能量过滤效应，显著抑制热激发漏电流。基于NEGF-DFT输运模拟，所设计的二维SiS p-MOSFET在亚10 nm栅长下实现最低44 mV/dec的亚阈值摆幅，并兼顾较高的开态电流性能。该工作从孤立能带工程调控角度为实现低功耗二维p型晶体管的陡峭亚阈值开关行为提供了新的思路。

Isolated Band Narrowing toward High-Performance 2D SiS p-MOSFETs with Steep-Slope Switching

Nano Letters 2025, 25, 35, 13374–13379

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c03592?ref=pdf

4. ACS Nano：WSe₂/Ta₂NiSe₅范德华异质结可重构场效应晶体管

南京理工大学曾海波、张胜利、宋秀峰等人提出了一种基于I型能带排列的界面调控策略，成功构建了WSe₂/Ta₂NiSe₅范德华异质结，并将可重构逻辑与光电传感功能集成到单一器件中。通过能带工程设计，窄带隙Ta₂NiSe₅与WSe₂形成I型异质结，利用其载流子阻挡效应有效抑制关态电流。进一步通过背栅电压调控界面肖特基势垒，实现了载流子传输极性（N型/P型）的可逆切换。该设计成功构建出具有双向整流和栅控光伏特性的多功能界面，为开发可重构、多功能二维光电器件提供了新的思路。

Reconfigurable Phototransistors Driven by Gate-Dependent Carrier Modulation in WSe₂/Ta₂NiSe₅ van der Waals Heterojunctions

ACS Nano 2025, 19, 1302-1315

DOI:10.1021/acsnano.4c13679

5. Science Advance: 基于二维半金属中局域自旋态实现偏压可控的多态自旋电子器件并带有超高TMR和极性切换

南京理工大学曾海波、张胜利团队和阚二军团队提出了一种基于二维半金属的偏压调控多态自旋电子器件设计策略，通过在磁性隧道结（MTJs）中利用强局域自旋态（LSSs），通过偏压调控LSSs的能量依赖对齐，实现了巨大的隧道磁阻（TMR）和极性连续切换。研究以二维VCl₃和FeCl₂的MTJs为例，通过第一性原理量子输运模拟，展示了超高的偏压可控TMR（VCl₃为-194%至2677%，FeCl₂为-130%至37424%），并伴随罕见的极性切换能力。该工作为实现电控多态自旋电子器件开辟了新途径，为下一代超高密度自旋电子存储器提供了新的方向。

Bias-controlled multistate spintronics with giant TMR and polarity switch via localized spin states in 2D half-metals

Science Advance volume 11, eadz1524

https://doi.org/10.1126/sciadv.adz1524

二、量子点发光材料与器件

1. Nature Communications：拟太阳光的全光谱电致白光

南京理工大学陈嘉伟、曾海波团队针对CsPbI₃多相体系载流子传输通道不确定、载流子分配与复合机制不明晰等系列问题，通过对纳米尺度下多相体系的相成分、相结构、相分布、相效应的精细调控，进而实现载流子的合理分配与平衡传输，揭示了两相界面局域激发态和复合特性，实现了白光光谱各成分的可控调节。最终构建的全光谱白光LED（400-780 nm）实现了标准的色坐标（0.33，0.33）、超高显色指数95、5835 K的色温。此外，其色偏差值低至−3×10⁻⁴，M/P比值为1.004。与标准太阳光的五项核心参数的匹配因子达到了100%、95%、99.4%、99.97%、99.6%。以上结果均表明这是迄今为止最接近太阳光的电致白光，进一步拓宽了白光LED的应用范围。

Nanoscale heterophase regulation enables sunlight-like full-spectrum white electroluminescence

Nature Communications 3621 (2025)

https://www.nature.com/articles/s41467-025-58743-0

2. Advanced Materials：延缓酰胺化反应合成低缺陷钙钛矿量子点增强载流子传输助力高效LED和太阳能电池

南京理工大学相恒阳、曾海波团队和苏州大学袁建宇团队提出了一种酰胺化延迟合成策略，通过引入共价金属卤化物来中断酰胺化反应，释放自由酸/胺，与PbX₂配位形成规整的铅卤化物八面体，从而有效抑制PbX₂沉淀和缺陷形成。实验结果表明，合成的CsPbI₃量子点缺陷密度降低，PLQY提高，载流子传输能力增强，基于该量子点制备的LED和太阳能电池性能显著提升，分别达到28.71%的最大外量子效率和16.20%的最高功率转换效率。此外，该策略在红/绿/蓝LED器件中均表现出普适性，为制备高质量量子点和构建高性能光电器件提供了新的思路。

Amidation-Retarded Synthesis of Perovskite Quantum Dots with Low Defect Density and Enhanced Carrier Transport for Efficient Light Emitting Diodes and Solar Cells

Advanced Materials 2025, 37, 35, 2506397

https://doi.org/10.1002/adma.202506397

3. Nano letters：基于布朗运动碰撞驱动阴离子交换实现钙钛矿量子点亚纳米级光谱调控

南京理工大学曾海波、相恒阳等人提出一种新型的颗粒介导布朗运动碰撞驱动阴离子交换策略，通过调控结合能，激活卤化物固体颗粒与钙钛矿量子点表面的阴离子，使反应直接在颗粒碰撞时发生。在此过程中，可通过选择合适的卤化物并引入甜菜碱进行表面处理来调控结合能。与先前研究不同，该方法无需预先溶解卤化物以降低阴离子结合能。由于反应原材料在溶剂中不溶解，避免了离子溶解对反应的不可控影响，反应速率仅与颗粒布朗运动的强度相关。得益于此策略，成功实现了亚纳米级的光谱调控，在470.4–480.2 nm、514.6–526.3 nm及640.3–650.3 nm范围内，分辨率分别达到0.392 nm、0.238 nm和0.550 nm。基于这些钙钛矿量子点制备的光学滤光片展现出优异的光学探测能力，在466.1–481.2 nm、536.0–553.2 nm和677.3–698.1 nm范围内，光响应曲线分辨率分别达到0.89 nm、1.15 nm和1.39 nm。这一高分辨率特性为替代传统光谱仪中的光栅、棱镜等光学元件提供了可能，有助于实现更简便、快速且精确的光学传感。

Sub-1 nm Spectral Regulation of Perovskite Quantum Dots via Brownian Motion Collision Driven Anion Exchange

Nano Lett. 2025, 25, 50, 17458–17466

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c04993

4. Science Bulletin：基于AgInZnS量子点实时调制界面激基复合物实现高效单层可调色QLED

南京理工大学单青松、曾海波团队设计了一种巧妙的界面调制结构，通过将具有供体-受体对（DAP）发光机制的AIZS量子点与特定有机分子混合在单一层中，其中所选取的有机分子可以与传输层分子形成界面激基复合物。通过调控驱动电压，可以调节QDs与所形成的激基复合物之间的能量转移，进而实现发射光谱的可控调节。所制备的QLED器件色彩调节范围覆盖从绿光到蓝光、红光到白光、以及标准白光发射。基于此创新调制结构所构建的QLED器件实现了5%的外量子效率（EQE）。更重要的是，团队成功演示了大面积和阵列化的QLED器件，证明了该技术的实用性与可扩展性。

Highly efficient single-layer color-tunable QLEDs enables by the real-time interface exciplex modulation with AgInZnS QDs

Science Bulletin 2025.11.035

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.11.035

三、量子点显示应用技术

1. Nature Communications：钙钛矿量子线阵列的超纯高效电致发光

南京理工大学陈嘉伟、曾海波团队利用Rb⁺和K⁺替代掺杂来稳定钙钛矿立方晶体结构，并以量子线的形式嵌入纳米多孔氧化铝模板中。内部缺陷的抑制和激子结合能的增强导致共掺杂钙钛矿量子线中的非辐射复合降低。基于量子线所构筑的多色LED（纯蓝光476 nm，天蓝光483 nm，天蓝光490 nm以及绿光512 nm）的最大外量子效率分别为17.5%、21.2%、24.9% 和 30.1%，最大亮度分别为1638 cd m^-2、3365 cd m^-2、13,483 cd m^-2和31,706 cd m^-2。此外，所有器件均展现了高色纯度发光，线宽均小于16 nm，展现了其在未来高清柔性显示领域的巨大应用前景。

Ultrapure and efficient electroluminescence in alkali metal doped inorganic perovskite quantum wires arrays

Nature Communications 16, 6053 (2025)

https://www.nature.com/articles/s41467-025-61085-6

2. Advanced Materials：TOP-Zn位阻效应实现超均匀CsPbX₃量子点用于宽色域显示

南京理工大学曾海波、相恒阳团队考虑到配体和B位离子在PQD成核生长动力学中的关键作用，提出了一种通过配体-离子复合物限制Pb成核位点的合成策略。通过将三正辛基膦（TOP）与锌离子（Zn²⁺ ），产生高空间位阻，可以促进同步和均匀的成核过程。同时，Zn²⁺进一步降低Pb的反应性成核并减慢成核生长。此外，Zn²⁺的掺杂有助于在PQD内实现更好的晶格匹配，从而减少晶体缺陷和更均匀的晶格分布，从而有效抑制激子-声子耦合以避免光谱展宽。采用这种策略，成功生产了纯红色发光PQD，具有25 nm的显著变窄FWHM和超过90%的高PLQY。基于这些PQD的 PeLED可以实现20.52%的高EQE，比原始PQD高≈2倍。此外，展示了该策略适用于蓝色和绿色 PQD：在绿色（从17到15 nm）和蓝色（从20到17 nm）范围内都实现了变窄的FWHM。这些破纪录的FWHM有助于实现≈130% 美国国家电视标准委员会（NTSC）和≈100% Rec. 2020 标准的宽色域覆盖率，为宽色域显示器的超纯色PQD和PeLED提供了一条可行的途径。

TOP‐Zn Steric Hindrance Effect Enables Ultra‐Uniform CsPbX₃ Quantum Dots for Wide‐Color Gamut Displays

Advanced Materials 2025, 37, 20, 2409308

https://doi.org/10.1002/adma.202409308

3. Advanced Functional Materials：一步法、无掩膜、快速激光写入制造电致发光的钙钛矿像素，实现超高 PPI

南京理工大学曾海波、李振华、相恒阳、陈军等人通过调节激光能量与钙钛矿之间的相互作用，可以一步直接写入三维结构的钙钛矿@氧化物像素阵列，其中，氧化物沉积层作为间隔填充物围绕着PQDs阵列。由于连续波（CW）激光的精确聚焦和低功率，钙钛矿阵列可以保持高效的光发射和清晰的边界。在激光作用于钙钛矿的过程中，钙钛矿晶体坍塌并形成沉淀层（金属氧化物及其有机配体）。由于这些氧化物填料具有绝缘和堆叠特性，因此可以防止Micro-QLED阵列周围非发光区域的电子泄漏。基于这种方法，在原位制造了一系列不同的每英寸像素（PPI）perovskite@氧化物阵列。阵列的尺寸/间距可通过激光功率、加工速度、离焦位置任意调整，摆脱了复杂的制备工艺和模板技术。但仍有加工时间长的问题有待进一步解决。随后，他们的QLED 实现了钙钛矿@氧化物像素的红、绿、蓝 EL，PPI为2000-5000，最高外部量子效率（EQE）分别为17.24%、21%和6.6%。这些出色的结果是该领域的首次报道，表明通过原位CW激光直写制备的单色超高分辨率Micro-QLED在色彩转换显示（蓝色Micro-QLED）、近眼提示增强现实（AR）和平视显示器（红/绿/蓝Micro-QLED）中具有潜在的应用前景。

One‐Step, Mask‐Free, Rapid Laser Writing Fabrication of Electroluminescent Perovskite@ Oxide Pixels for Ultra‐High PPI, Efficient Micro‐QLEDs

Advanced Functional Materials 2025, 35, 7, 2413811

https://doi.org/10.1002/adfm.202413811

4. 江苏省科技进步奖一等奖：高光效高可靠环保型量子点发光材料与显示组件创制及应用

南京理工大学曾海波团队联合南通惟怡、京东方，针对量子点显示技术面临的量子点易团聚、性能退化难克服、出光损耗过大难题，发明成核-生长分离合成、三维交联复合、双球叠套透镜的新技术，突破环保化、可靠性、光效难题，创制了环保型量子点新材料，开发了高光效高可靠量子点背光透镜、背光膜等产品，经济、环境及社会效益显著，推动了行业科技进步。上述成果获得了江苏省科技进步一等奖，入选了2025年度度南京市十大科技创新成果。