南工陈苏教授团队Angew：基于微流控气喷纺丝机大规模化制备钙钛矿量子点

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纳米粉体材料因易于团聚所导致功能失效是制约其大规模应用的瓶颈。尤其是小于10纳米的钙钛矿量子点材料，更是一个重大挑战。近日，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、化工学院陈苏教授团队在国家自然重点基金资助下，探索出利用高通量微流控气喷纺丝技术规模化制备钙钛矿杂化纳米纤维纺丝化学的新策略，在纺丝的过程中进行原位化学反应合成钙钛矿量子点，实现了高荧光性能钙钛矿量子点（PQDs）纳米纤维膜的宏量制备，粉碎后既可获得钙钛矿量子点杂化粉体材料。微流控气喷纺丝技术是目前可工业化制备纳米纤维最有效的方法，相比静电纺丝机，所制备的纤维更细（最细可小于60 nm），且纤维更易干燥，这种超细的纤维一方面可以作为纳米反应器，结合微流控技术可在纺丝过程中原位反应生成量子点，另一方面纳米纤维也防止了量子点的团聚，也同时解决了钙钛矿遇水不稳定的缺点，开辟了一条用纳米纤维大规模制备纳米粉体材料的新策略。

微流控气喷纺丝技术以气体（空气）为驱动力，能安全高效地实现纳米纤维的量产，利用双通道微流控芯片将PQDs的前驱体分别负载到纺丝液中，汇经喷头形成的聚合物纳米纤维作为生长PQDs的反应器，最终得到PQDs/聚合物纳米纤维膜（微流控纳米气喷纺丝机由南京捷纳思新材料有限公司提供）。在气喷纺丝过程中，溶剂快速挥发，纳米纤维逐渐成型并固化；同时钙钛矿结晶析出生成PQDs。纳米纤维为PQDs的生长提供了限域空间，限制了其过度生长并防止其团聚，聚合物的包覆也提升了PQDs的稳定性，避免了有机配体如油酸、油胺等的使用。该技术利用单喷头即可每小时制备长120厘米×宽30厘米的纳米纤维膜，可实现连续化制备，为工业级放大生产提供可能。同时该技术避免了PQDs制备过程中大量溶剂的使用，是一种较为绿色、安全的制备方法。通过这种纺丝化学策略，制造了由各种不同PQDs和聚合物基质组成的大面积纳米纤维薄膜，种类包括甲胺铅卤（MAPbX₃）、铯铅溴（CsPbBr₃）、甲眯铅溴（FAPbBr₃）和聚丙烯腈（PAN）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。制备的钙钛矿纳米纤维膜具有优异的光学特性，例如发射波长在448-600 nm范围可调，半峰宽窄，绝对量子产率可达71%，并在持续蓝光照射、高温处理、长时间室内存储以及水中浸泡等条件下都表现出良好的稳定性。

最终，对制备的PQDs纳米纤维膜开展了潜在应用研究，发现其能以水为溶剂高选择性光催化二氧化碳还原为甲烷，并可作为高色域量子点显示以及发光LED的光转换材料，展现了PQDs纳米纤维膜优异的稳定性及光电特性。

该工作有望解决纳米量子点粉体材料难以在规模化制备中应用的难题，成为纳米粉体材料制备与纺丝化学一个完美结合的新案例。

微流控纳米气喷纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司）

论文信息：

Fibrous Nanoreactors from Microfluidic Blow Spinning for Mass Production of Highly Stable Ligand-Free Perovskite Quantum Dots

Rui Cheng, Zhi-Bin Liang, Liangliang Zhu, Hao Li, Yi Zhang, Cai-Feng Wang and Su Chen*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202204371

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204371

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