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  納米粉體材料因易于團(tuán)聚所導(dǎo)致功能失效是制約其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。尤其是小于10納米的鈣鈦礦量子點(diǎn)材料，更是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。近日，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院陳蘇教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然重點(diǎn)基金資助下，探索出利用高通量微流控氣噴紡絲技術(shù)規(guī)模化制備鈣鈦礦雜化納米纖維紡絲化學(xué)的新策略，在紡絲的過(guò)程中進(jìn)行原位化學(xué)反應(yīng)合成鈣鈦礦量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高熒光性能鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQDs）納米纖維膜的宏量制備，粉碎后既可獲得鈣鈦礦量子點(diǎn)雜化粉體材料。微流控氣噴紡絲技術(shù)是目前可工業(yè)化制備納米纖維最有效的方法，相比靜電紡絲機(jī)，所制備的纖維更細(xì)（最細(xì)可小于60 nm），且纖維更易干燥，這種超細(xì)的纖維一方面可以作為納米反應(yīng)器，結(jié)合微流控技術(shù)可在紡絲過(guò)程中原位反應(yīng)生成量子點(diǎn)，另一方面納米纖維也防止了量子點(diǎn)的團(tuán)聚，也同時(shí)解決了鈣鈦礦遇水不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，開(kāi)辟了一條用納米纖維大規(guī)模制備納米粉體材料的新策略。

  微流控氣噴紡絲技術(shù)以氣體（空氣）為驅(qū)動(dòng)力，能安全高效地實(shí)現(xiàn)納米纖維的量產(chǎn)，利用雙通道微流控芯片將PQDs的前驅(qū)體分別負(fù)載到紡絲液中，匯經(jīng)噴頭形成的聚合物納米纖維作為生長(zhǎng)PQDs的反應(yīng)器，最終得到PQDs/聚合物納米纖維膜（微流控納米氣噴紡絲機(jī)由南京捷納思新材料有限公司提供）。在氣噴紡絲過(guò)程中，溶劑快速揮發(fā)，納米纖維逐漸成型并固化；同時(shí)鈣鈦礦結(jié)晶析出生成PQDs。納米纖維為PQDs的生長(zhǎng)提供了限域空間，限制了其過(guò)度生長(zhǎng)并防止其團(tuán)聚，聚合物的包覆也提升了PQDs的穩(wěn)定性，避免了有機(jī)配體如油酸、油胺等的使用。該技術(shù)利用單噴頭即可每小時(shí)制備長(zhǎng)120厘米×寬30厘米的納米纖維膜，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備，為工業(yè)級(jí)放大生產(chǎn)提供可能。同時(shí)該技術(shù)避免了PQDs制備過(guò)程中大量溶劑的使用，是一種較為綠色、安全的制備方法。通過(guò)這種紡絲化學(xué)策略，制造了由各種不同PQDs和聚合物基質(zhì)組成的大面積納米纖維薄膜，種類(lèi)包括甲胺鉛鹵（MAPbX₃）、銫鉛溴（CsPbBr₃）、甲瞇鉛溴（FAPbBr₃）和聚丙烯腈（PAN）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。制備的鈣鈦礦納米纖維膜具有優(yōu)異的光學(xué)特性，例如發(fā)射波長(zhǎng)在448-600 nm范圍可調(diào)，半峰寬窄，絕對(duì)量子產(chǎn)率可達(dá)71%，并在持續(xù)藍(lán)光照射、高溫處理、長(zhǎng)時(shí)間室內(nèi)存儲(chǔ)以及水中浸泡等條件下都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

  最終，對(duì)制備的PQDs納米纖維膜開(kāi)展了潛在應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)其能以水為溶劑高選擇性光催化二氧化碳還原為甲烷，并可作為高色域量子點(diǎn)顯示以及發(fā)光LED的光轉(zhuǎn)換材料，展現(xiàn)了PQDs納米纖維膜優(yōu)異的穩(wěn)定性及光電特性。

  該工作有望解決納米量子點(diǎn)粉體材料難以在規(guī)模化制備中應(yīng)用的難題，成為納米粉體材料制備與紡絲化學(xué)一個(gè)完美結(jié)合的新案例。

微流控納米氣噴紡絲機(jī)（南京捷納思新材料有限公司）

論文信息：

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