纳米晶体（如量子点等）可用于构筑多种新型光电器件，图案化是实现其在高清显示、成像设备和可穿戴器件等方面应用的必要条件。近年来研究者利用纳米晶体表面配体与光敏分子的光化学反应（光交联、光分解等），发展了直接光致图案化方法。这类方法可普遍适用于不同组成与性质的纳米晶体并可实现其高通量、高分辨率、高质量的图案化。

然而，光敏分子的光化学反应对所获得的纳米晶体图案的质量和光学性质的影响机制目前尚无研究。例如，在基于光交联的图案化方法中，交联剂分子的作用往往被简化为纳米晶体间的物理连接。加深对其中光化学反应的认识，有助于发展更高效的图案化方法，获得高性能的光电器件。

近期清华大学化学系张昊副教授课题组与合作者研究了交联剂分子的光化学反应过程对纳米晶体图案化的影响，建立了交联剂的光化学反应动力学、热力学与图案化量子点薄膜的光学性质和器件性能等之间的联系，基于卡宾交联剂的量子点薄膜保持了原有的荧光量子产率（PLQY），量子点LED（QLED）器件性能可比肩文献已报道的图案化QLED最高水平。

作者设计了四种不同的交联剂分子，这些交联剂具有相似的图案化机理，即通过光生单线态氮宾或卡宾与纳米晶体表面配体发生非特异性C–H插入反应，将临近的纳米晶体交联，借助纳米晶体溶解度变化实现图案化。

尽管图案化机理相近，不同交联剂分子却在图案化质量和效率方面具有显著差异。这些差异可归因于交联剂的电子构型及其所导致的光化学反应动力学、热力学与反应路径的区别。氮宾交联剂的分子设计可改变其摩尔吸光系数，从而影响相同图案化条件下获得的图案化质量。与单线态氮宾相比，单线态卡宾的两个未成键电子处于同一p轨道，这有利于C–H插入反应的进行。因此，卡宾交联剂分子虽然摩尔吸光系数较低，却可实现高效率、高质量的图案化。采用优选的交联剂分子，获得了高分辨率（3微米）和高度均一的量子点图案化薄膜。

交联剂分子的光化学反应进一步影响了图案化量子点的光学和光电器件性能。该影响来源于量子点光照条件下的不稳定性、交联剂与量子点之间的能级差异和电荷传递、以及交联剂所产生的自由基和副产物与量子点表面原子和配体的光化学反应。卡宾交联剂图案化的量子点薄膜保持了90%的PLQY（氮宾交联剂仅保持约55%），所制备的QLED器件EQE达到12%，器件寿命超过4000小时，均达到了目前图案化QLED器件的最高水平。

该工作以交联剂分子为例，从光化学反应机制出发，研究了光化学对图案化质量和器件性能的影响，为光敏分子和图案化方法的理性设计以及推动图案化纳米晶体在阵列式器件构筑方面的应用提供了参考。

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