发光二极管（Light-emitting Diode, LED）作为新一代显示设备，以其发光强度高、寿命长、节能环保等优点备受关注。然而，传统无机半导体LED的制备由于需要高真空度及高温制备，使其应用受到极大的限制。随着纳米科技的飞速发展，钙钛矿量子点作为具有量子约束效应的纳米级半导体粒子，具有发射波长可调、高光致发光量子产率(Photoluminescence quantum yield, PLQY)、高色纯度和低工作阈值等独特的物理性质，在显示技术、光伏器件以及生物成像等领域展现出巨大的应用潜力。然而传统的钙钛矿量子点合成方法通常需要高温条件或使用大量抗溶剂，这大大限制了其应用范围。因此，通过分子层面的设计来调控钙钛矿量子点的成核与结晶动力学，在改善其稳定性和发光性能的同时，能在温和条件下制备高质量的钙钛矿量子点成为了当前研究的热点。

本项目期望设计一个新的钝化剂分子，实现可控调控钙钛矿量子点合成过程中的结晶成核生长过程，主要研究内容包括以下几个方面：

（1）选择合适的合成方法，能够在条件较为温和的情况下合成CsPbBr3钙钛矿量子点；

（2）依据现有报道的钝化剂分子，选择具有相似分子结构，类似的不同官能团进行测试，比较不同官能团的钝化效果，系统研究其对量子点合成以及稳定性和光学性能的影响，总结得出优化后的钝化剂分子的最佳官能团；

（3）基于上述钝化剂分子设计策略，引入不同的钙钛矿量子点体系（CsPbCl3、CsPbI3、FAPbBr3、MAPbBr3），验证其通用性。

目前关于钙钛矿量子点的合成主要有热注入法、室温抗溶剂合成法、模板辅助合成法、微波辅助合成法、固相合成法、超声合成等。热注入法是在惰性气氛下，将油酸铯在一定温度下（120~200 ℃）快速注入包含PbX₂及一定量比例为1:1的油酸（oleic acid, OA）、油胺（oleylamine, OAm）、十八稀（octadecene, ODE）分散系中，并在5-8s内迅速置于冰水浴中猝灭反应。由于热注入法合成的量子点尺寸均一、光电性能好且易于控制，是目前制备钙钛矿量子点最常用的方法之一。然而由于热注入法需要从较高温度迅速降低至常温以终止反应，合成条件较为苛刻，不易实现大量合成，而且由于是在高温下合成，调控形态和性质收到限制较大，这也限制了热注入法的发展。室温抗溶剂合成法是将Cs+、Pb2+、X-等离子溶解在良性溶剂中，然后引入不良溶剂以沉淀出量子点。尽管在室温下合成的量子点不受惰性气体保护，但仍然表现出与高温热注入合成相媲美的光学性能，不过由于抗溶剂法想得到高质量的钙钛矿量子点需要大量的抗溶剂（体积比1：20以上），且抗溶剂一般是甲苯、氯苯等有毒溶剂，因此对抗溶剂的后处理也限制了该方法的大规模合成。模板辅助合成法是通过将钙钛矿前驱体溶液渗透到介孔二氧化硅的孔隙中，然后干燥以形成钙钛矿量子点，该方法可通过调整硅模板孔的大小来控制量子点的大小，且不需要使用大量表面配体来维持量子点的结构和光学性能，不过该方法合成的量子点不易从模板上分离，对后续的应用有一定的限制。固相合成法与模板辅助合成法较为类似，而微波辅助合成法、超声合成法等需要条件较为极端，对于大规模合成难以实现，因此寻找新的方法合成高质量钙钛矿量子点是目前研究的重点。

在钙钛矿量子点的合成中，除了合成方法外，钝化剂分子的功能设计也是实现制备高性能钙钛矿量子点的关键策略之一。从另一方面来说，量子点的稳定性和发光性能在很大程度上受到表面配体的影响。表面配体通过与量子点表面的金属阳离子或卤素阴离子形成化学键，实现表面钝化，减少表面缺陷态。这种钝化作用能够在钙钛矿量子点表面形成保护层，有效隔绝外界环境中的水分子和氧气，从而抑制量子点的降解，降低非辐射复合速率，提高量子点的PLQY。同时，合适的配体能够提供足够的空间位阻效应，防止量子点之间的团聚和沉降，有效提高量子点的稳定性。此外，钝化剂分子还可以作为模板或导向剂，调控量子点的成核速率和晶体生长方向，实现对量子点尺寸、形状及晶相的精确控制。钙钛矿量子点的钝化已被广泛研究，大致可分为有机钝化和无机钝化两大类，有机钝化顾名思义，是采用具有某些官能团的有机分子处理钙钛矿量子点，如碘化苯胺、本以及卤代铵盐、双十二烷基二甲基卤代铵盐等，部分或完全取代OA、OAm，以实现对量子点的钝化和提高性能。无机配体用于合成和随后的交换，在溶液中提供胶体稳定性，不过这些表面配体是不稳定的，表现出有限的较弱的表面亲和力，只有在溶液中过量存在时才提高较高的表面覆盖。常见的无机配体如碘化钾、溴化锌 、硫氢化铵等在合成过程中主要是提供丰富的卤源以提高钙钛矿量子点的PLQY和PL等光学性能。

近年来，随着超分子化学和材料科学的交叉融合，钝化剂分子的设计已从简单的表面修饰发展到多功能一体化阶段。例如，通过引入具有特定功能的基团（如亲水性、疏水性、电荷性等），可以赋予钝化剂分子更多的调控能力，使其在不同应用场景下表现出优异的适应性和性能。同时，结合计算化学和分子模拟技术，研究者能够在原子层面上深入理解钝化剂分子与钙钛矿量子点之间的相互作用机制，为实验设计提供理论指导。

综上所述，钝化剂分子功能设计及其在调控钙钛矿量子点成核与结晶动力学方面的研究，不仅有助于解决钙钛矿量子点的稳定性问题，还将推动其在合成方法方面的应用和发展。这一领域的深入研究将为未来纳米材料的设计与大规模合成提供新的思路和方法。

（1）基于钝化剂分子结构和功能，可控调控钙钛矿量子点的成核及生长过程

（2）基于钝化剂分子钝化效果，探究其作用机制，实现针对性的设计和选择不同的钝化剂

研究重点与难点

本项目的研究重点与难点包括以下三个方面：

（1）选择一种合适的量子点合成方法，能够实现在温和条件下合成高质量的钙钛矿量子点；

（2）选取一种钝化剂分子，能够有效调控量子点的合成；

（3）钝化剂分子的作用机制的研究。

研究思路及方法

（1）对比现有的合成方法，选择目前最为合适的合成方法，并对其进行改进；

（2）对比现有的钝化剂分子，选择合适的钝化剂分子，并对其具有相似分子结构，类似但不同的官能团进行测试，考察不同官能团钝化剂分子对量子点合成以及光学性能和稳定性的影响；

（3）根据上述研究基础，选择合适的方法和合适的官能团，通过表征和模拟的手段研究其作用机制。

  项目预期效果及成果形式

  （1）就实现可控调控钙钛矿量子点合成过程中的结晶成核生长过程以学术论文的形式表现成果。（发表1篇论文）

  （2）预计参加“互联网+”全国大学生创业计划竞赛，争取获得市级及以上奖项。