南京工业大学陈苏教授团队 Nanoscale：微流体纺丝化学轻松大规模制备钙钛矿纳米粉体

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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。针对上述科学问题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授创新性地提出纤维纺丝化学（FSC）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方面做了一系列工作，实现了高荧光性能钙钛矿量子点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。这种利用纺丝技术制备的超细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，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。相关成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 30785-30793； Adv. Sci. 2019, 1901694;  ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 39748−39754；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204371；Chinese Chemical Letters, 2022, 33, 304-307。

近日，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授与南京医科大学附属江宁医院李俊主任采用纤维纺丝化学（FSC）策略，基于微流体静电纺丝技术成功实现了甲胺铅卤化物（MAPbX₃， X= Cl, Br, I）钙钛矿量子点粉体的大规模制备。在FSC过程中，纤维作为纳米反应器，前体PbBr₂和MAX在纳米纤维上发生化学反应，形成MAPbX₃。在微流控静电纺丝过程中，纳米纤维为钙钛矿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钙钛矿的稳定性，避免了有机配体如油酸、油胺等的使用。同时，由微流体静电纺丝技术构建的超小尺度微反应器不仅规避了有机溶剂的使用和重金属废物的产生等潜在问题，而且可以连续大规模生产钙钛矿纳米粉体。此外，通过一步FSC策略制备的PAN/MAPbX₃复合纳米纤维膜在464 ~ 612 nm范围内具有可调谐的发射，较窄的半宽(23 nm)和较高的PLQY(58%)。制备的PAN/MAPbBr₃纳米纤维膜在室温条件下储存90天，其发光强度基本不变，其稳定性较我们之前的工作有明显提高。更重要的是，PAN/MAPbBr₃具有优异的荧光性能、结构稳定性和耐水性，在白光二极管和液晶显示等光电领域具有广阔的应用前景。

图1. 微流控静电纺丝制备有机-无机卤化物PAN/MAPbBr₃纳米纤维膜及FSC策略制备PAN/MAPbBr₃纳米纤维的机理及其在白光二极管和液晶显示的应用示意图。

图2. PAN/MAPbBr₃纳米纤维膜的形貌和结构表征图

图3. PAN/MAPbBr₃纳米纤维膜在白光二极管和液晶显示领域的应用研究

图4. 微流体静电纺丝机

该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Nanoscale》上。(A stable and large-scale organic-inorganic halide perovskite nanocrystals/polymer nanofiber films prepared by a green and in-situ fiber spinning chemistry. Nanoscale, 2022, DOI: 10.1039/D2NR01691E) 。南京工业大学陈苏教授与南京医科大学附属江宁医院李俊主任为共同通讯人。南京工业大学硕士研究生李静静和博士崔婷婷为第一作者。

该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室等基金的资助和支持。

文章链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/nr/d2nr01691e

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