Nature：钙钛矿纳米晶，再获新突破！

米测MeLab

2026-03-02

特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。

编辑丨风云

研究背景

金属卤化物钙钛矿因其卓越的色彩纯度，被视为下一代发光材料。目前主流合成技术为热注射法和室温配体辅助再沉淀法（LARP）。

关键问题

目前，金属卤化物钙钛矿的合成主要存在以下问题：

1、热注射法的安全风险

热注射法需要150°C以上的高温、惰性气体环境保护以及极其快速的冷却过程，在大规模生产时操作风险极高且设备要求严苛。

2、LARP法的生产率瓶颈

由于使用低浓度前驱体（<0.1 M）和极快的结晶动力学，该方法在大规模生产时难以保持纳米晶的效率和均一性，阻碍了高性能钙钛矿纳米晶（PeNCs）的大规模应用。

新思路

有鉴于此，首尔国立大学Tae-Woo Lee等人提出了一种基于伪乳液（pseudo-emulsion）的冷注射法，通过在4°C以下注射前驱体溶液，实现了具有近100%荧光量子产率（PLQY）和增强稳定性的PeNC的可扩展合成。在冷注射法中，PeNC通过在破乳剂的辅助下从伪乳液中组装全配位铅酸盐而生长。研究发现，在低温辅助下，多溴化铅酸盐的缓慢组装对于抑制缺陷至关重要，从而制备出可重复、稳定且发射纯绿光、具有近100% PLQY的PeNC。此外，该方法支持高效的大规模生产，在维持近100% PLQY的同时实现了20升规模的合成。我们的发现代表了高质量PeNC合成的重大进步，为显示和照明行业的广泛应用提供了可能。

技术方案：

1、开发了近100%量子产率的冷注射法

冷注射法在低于4°C下制备钙钛矿纳米晶，PLQY近100%，20升规模合成效率不衰减，环境存放3000小时保持95%以上，适用多种体系，具工业化潜力。

2、提出了基于伪乳液中间体的组装机制

冷注射法发现"伪乳液"中间体，高浓度前驱体形成稳定胶体分散，破乳剂可控启动组装，为精确调控结晶动力学和大规模生产奠定基础。

3、表征了受控生长动力学与结构

冷注射通过降低分子迁移率实现"阶梯式生长"，抑制缺陷并提高尺寸均匀性，增强配体表面钝化，提升猝灭活化能至233 meV，保障了近100% PLQY。

4、展示了高性能光电器件应用

Ci-PeLEDs实现29.6% EQE和134.9 cd/A电流效率，寿命4.2小时，色坐标契合Rec. 2020标准，颜色转换薄膜成功集成于平板显示，具有巨大商业价值。

技术优势：

1、首创了“伪乳液”冷注射法

研究利用<4°C的极低注射温度和伪乳液中间体，实现了PLQY接近100%的高质量 PeNCs 的简单合成。

2、实现了卓越的工业放大能力

本文首次展示了从毫升级到20升反应器的 PeNCs 规模化生产，且纳米晶在环境条件下具有3000小时以上的长期稳定性。

技术细节

近100%量子产率的冷注射法

本研究提出的冷注射法（Ci-method）通过在低于4°C的极低温度下，将高浓度前驱体溶液注入包含配体和破乳剂的非极性溶剂中，成功制备了具有近乎完美效率的钙钛矿纳米晶。实验数据表明，随着注射温度从20°C降低到4°C以下，PeNCs 的荧光量子产率（PLQY）显著提升，在≤4°C时于纯绿光区域达到了接近100%的近一值。不同于传统方法在放大过程中往往伴随效率下降，冷注射法在20升的大规模合成实验中依然保持了近100%的 PLQY，这一成果在 PeNCs 领域乃至商业化量子点领域均属首次。此外，Ci-PeNCs 表现出卓越的稳定性，在环境条件下存放3000小时后 PLQY 仍保持在95%以上。这种方法不仅适用于 FAGAPbBr3 绿光体系，还能广泛推广至 FAPbBr₃、CsPbBr₃ 以及各种红光和蓝光混合卤化物系统，展示了其强大的通用性和工业化潜力。

图  一种获得近一PLQY纯绿色PeNCs的冷注入方法

基于伪乳液中间体的组装机制

冷注射法成功的核心在于发现了一种独特的“伪乳液”中间体。研究表明，在高浓度前驱体和高溴化铅配位比（ABr:PbBr₂ ≥ 1.5）的条件下，溶液中形成了被A位阳离子高度隔离的全配位多溴铅酸盐配合物。当这些前驱体注入非极性溶剂后，并不会立即沉淀，而是形成一种类似乳液的胶体分散状态——伪乳液。在没有破乳剂（如1-丁醇）的情况下，这些中间体极其稳定，能有效防止铅酸盐猝然组装成大颗粒，这与传统的再沉淀机制有着本质区别。破乳剂的加入能够打破这种平衡，使组装过程受控地启动。这种伪乳液机制不仅允许使用高浓度前驱体提高产量，更关键的是它提供了一个缓冲阶段，为后续通过温度控制实现精确的结晶动力学调控奠定了基础，是实现高质量 PeNCs 大规模生产的关键科学发现。

图  假乳化机理

受控生长动力学与结构表征

冷注射环境通过降低分子迁移率和增强配体结合力，极大地优化了纳米晶的生长过程。原位 PL 和吸收光谱分析显示，Ci-PeNCs 经历了清晰的“阶梯式生长”，即从低维小尺寸纳米晶（n=2-4）缓慢、逐步地演变为三维立方形结构。这种缓慢的组装过程有效地抑制了结晶缺陷（如溴空位）的产生，并显著提高了颗粒的尺寸和形状均匀性。相比之下，室温合成会导致组装过快，形成具有多种非立方形状且缺陷较多的产物。结构表征确认 Ci-PeNCs 具有优异的结晶度，且 1H NMR 和 XPS 分析证明低温增强了 DAmH+ 配体与钙钛矿表面的相互作用，形成了更紧密的表面钝化层。这种受控的组装不仅提升了激子限域效应，还大幅增加了光致发光的猝灭活化能（从178 meV提升至233 meV），从而在材料本质上保障了近100%的 PLQY。

图  PeNCs的增长

高性能光电器件应用展示

凭借 Ci-PeNCs 的极高效率，研究人员制备了性能卓越的钙钛矿发光二极管（PeLEDs）。Ci-PeLEDs 实现了 29.6% 的最大外量子效率（EQE）和 134.9 cd/A 的电流效率，这已接近此类器件结构的理论极限值。通过集成光提取半球透镜，EQE 更是进一步攀升至 48.3%。与室温制备的纳米晶器件相比，Ci-PeLEDs 不仅效率更高，且工作寿命（t₅₀）提升了两倍以上，达到了 4.2 小时。其电致发光光谱极窄（半高宽约21 nm），色坐标完美契合 Rec. 2020 纯绿光标准。此外，该团队还开发了基于 Ci-PeNCs 的颜色转换薄膜（CCF），在高温高湿极端环境下展现出优于传统纳米晶的耐用性，并成功集成到平板电脑显示屏中进行展示。这些应用成果有力地证明了 Ci-method 合成的纳米晶在下一代高清显示和高稳定性光电应用中的巨大商业价值。

图  PeLED的电致发光特性

展望

本研究开发了一种创新的“伪乳液”冷注射法，通过在低于4°C的环境下精确控制铅酸盐的组装动力学，首次实现了 PeNCs 荧光量子产率近 100% 且可大规模量产。该方法不仅大幅抑制了纳米晶缺陷并提升了其环境稳定性，还在 PeLEDs 器件中创造了接近理论极限的效率表现。这种兼具高性能、低成本、高产量和环境友好性的合成技术，为钙钛矿光电材料的工业化和商业化应用扫清了核心障碍。

参考文献：

Kim, S., Kim, SA., Park, GS. et al. Cold-injection synthesis of highly emissive perovskite nanocrystals. Nature (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10117-2