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发光二极管(light-emitting diodes,LEDs)作为二十一世纪的光明使者,具有能耗低、体积小、寿命长以及环境友好的优点,广泛应用于显示与照明等领域。量子点(quantum dots,QDs)是一类纳米级低维半导体材料的总称,具有激发波长范围宽、发射波长可连续调控、荧光发射峰窄且对称等优点,被认为是新一代最有潜力的荧光粉材料。传统QDs含有重金属元素,限制了其发展与应用。以硫、碳为原料的纯元素QDs具有无毒、生物相容性好等优点而被广泛应用于细胞成像、分析检测、显示照明等领域。然而,它们依然存在着诸多缺点和不足,例如稳定性、发光颜色调控性能以及大规模合成能力有待提高。硫量子点(SQDs)具有原料来源广,储量丰富、抗菌等众多优点,合成步骤复杂、冗长,荧光量子产率偏低(3.8%)等缺陷限制了在白光LED上的应用。碳点(CDs)具有稳定、无毒、制备方法简单等优点,多种发光性能优良的CDs可以通过液相法合成。然而,其光电器件应用受限于严重的聚集诱导的发光猝灭效应(ACQ)。本论文针对以上问题,从材料合成角度出发,解决蓝光SQDs与CDs应用于白光LED面临的关键科学问题,获得了高效发光材料,并用于优质白光LED构筑。主要研究内容及结果如下:(1)采用H2O2辅助自上而下的方法合成了发光效率高(23%),发光颜色可调的荧光SQDs。在聚乙二醇(PEG)保护下,块状硫磺在碱性环境中溶解成硫纳米颗粒(S dots),H2O2辅助刻蚀S dots表面的多硫化物,得到表面钝化的SQDs。通过上述策略,SQDs的尺寸、发光颜色可以通过控制H2O2的加入浓度而巧妙控制。进一步通过瞬态荧光光谱、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对SQDs的发光机理进行研究,阐明了SQDs荧光是本征发光与表面态共同作用的结果,H2O2处理可以消除表面缺陷,减少非辐射跃迁,进而提高发光效率。这种方法合成的SQDs水溶性好、发光效率高、合成方法简洁,在生物成像、光电器件、分析检测等诸多领域具有较好的应用前景。(2)为解决蓝光CDs的ACQ效应导致的量子产率低问题,提出了一锅水热法原位合成高效蓝光硼氮掺杂碳点(BN-CDs)的制备方法。该方法采用柠檬酸、硼酸、尿素做为原料,水热条件下发生柠檬酸与尿素的聚合及碳化并形成CDs,进一步通过冷冻干燥获得荧光量子产率高达80.1%的蓝色发光粉末材料,其发光效率是溶液状态(25%)下的3.2倍。通过一系列结构、形貌表征证实该蓝色发光粉末材料为CDs与BNO矩阵的复合结构。进一步对其荧光机理进行研究,结果发现在CDs周围形成高折射率的BNO矩阵的共同作用克服了CDs的ACQ效应,同时缺电子硼原子进攻C=O形成C-B,抑制表面非辐射跃迁,提高了发光效率,并形成新的跃迁途径,造成发光颜色的蓝移。这种方法合成的CDs具有高的固态发光效率、合成方便、易于大规模制备,在光电器件领域具有一定的应用前景。(3)构建白光LED的关键技术是获得与发光芯片匹配的高效荧光粉,本文采用GaN紫外发光芯片作为激发光源,SQDs、CDs作为蓝色荧光粉,结合橙光铜纳米团簇(Cu NCs)构筑了白光LED,有效避免了蓝光芯片基白光LED蓝光过剩对人眼睛造成的潜在危害,同时利用橙光Cu NCs宽的发光光谱提高了白光LED的显色指数。通过对封装工艺的优化获得了一系列蓝光、橙光LED器件,通过改变蓝光SQDs与橙光Cu NCs的加入比例,最终得到CIE色度坐标为(0.33,0.32)、相关色温(CCT)为5624 K、高高显色指数的(91)的白光LED。然后又采用高量子产率(80.1%)蓝光BN-CDs与橙光Cu NCs结合构建了白光LED,制备的LED器件的CIE色度坐标可从(0.16,0.12)调整到(0.47,0.44)。优化后的白光LED器件的CIE色度坐标为(0.33,0.32),且显色指数为89,CCT为5624 K。上述工作为优质白光LED构筑提供了材料与技术基础,同时SQDs、CDs、Cu NCs均为无毒、地壳含量丰富材料,有效避免了稀土、重金属元素带来的困扰。