高量子效率荧光碳点发光波长的拓展及其白光LED探索

Emission band engineering and ehancement of quantum yield (QY) are the key problems for carbon dots' application in WLED. Aiming to the limitation of emission band, we are going to prepare carbon dots with a modified one-pot synthesis method with glucose or chitosan in oil phase. The main contents will include the following three parts: to study the large scaled, one-pot synthesis method and to explore the influence of reaction temperatre,time and ligand concentration on the doping, size, crystallinity and morphology; to study the luminescence mechanism and to reveal the lumnescence features and transition modes; to study the controlling of sp2 domain and dopant concentration and to realize the engineering of emission band. This program is expected to draw a whole picture about luminescence mechanism, to preliminarily realize a wide range control of visible light photoluminescence and to fabrication high efficiency WLED. These work will build a solid base for the optoelectronic applications of luminescent carbon materials.

对于白光LED照明的普及，发展新型碳材料荧光粉，既能满足降低成本、环境友好的迫切要求，又是避开稀有资源、可持续发展的有效策略。现阶段主要问题是，急需进行发光波长扩展与量子效率提高。针对这一关键科学问题，本项目拟从表面态与杂质态的角度出发，研究碳点发光的机制与关键影响因素，探索发光波长与量子效率的调控，提升白光LED照明质量与出光效率。主要研究内容包括：发展荧光碳材料的一锅热解大产率制备与掺杂方法，研究反应温度、反应时间、表面活性剂浓度等生长条件对掺杂、尺寸、结晶质量、形貌等微结构的影响；研究荧光碳材料的发光机理，揭示影响发光波长与量子效率的关键参数；实现碳原子杂化程度、表面态、掺杂态的有效调控，进而探索发光波段的拓宽与量子效率的提高、及相应LED性能的提升。本项目研究有望揭示荧光碳材料的发光机理，获得高量子效率黄红色发光，及高效白光LED，从而为荧光碳材料的光电子应用奠定理论与技术基础。

本面上项目旨在发展新型、高荧光效率的碳纳米材料，通过发光波长的拓展和量子效率的提高，实现低成本高质量白光LED的制备。本项目执行期间完成了计划研究的内容，在碳点合成方法、发光机制、发光和效率调控以及白光LED制备等方面取得了一定的进展。本项目发展了一种高效掺杂、高产率的荧光碳点的制备方法，；揭示了碳点表面态、sp2杂化结构大小与发光波长之间的相关性，实现了碳点绿色与红色发光之间的可逆可控转换；采用溶剂热的方法，通过调控表面电荷，获得了高达46%的橙色荧光量子效率；将碳点掺杂到甲基三乙氧基硅烷(MTES)和3-三乙氧基硅丙胺(APTES)的高度透明基体中，形成量子效率分别为80和78%的碳点/凝胶玻璃复合材料，实现了高效的绿色和红色固态发光；将碳点与其他材料复合并制备了白光LED器件，获得了3708 K色温、71.75lmW-1的流明效率以及超过90的显色指数。在本项目的支持下，发表了多篇高水平SCI论文，培养了多名博士和硕士研究生。上述研究有望推动荧光碳点在白光LED器件中的应用，也为荧光碳点的调控给出了参考。