微流控芯片可控实现原位反应和静电驱动力大的特点相结合

近年来，有机-无机卤化物钙钛矿纳米晶体（PNC）因其高光致发光量子产率、可调谐光学带隙和窄半峰宽等优异的光学特性而受到广泛关注。这些特性使PNC在太阳能电池、发光二极管、显示器、激光和光电探测器等领域具有广阔的应用前景。然而，有机-无机卤化物PNC的不稳定性和小规模生产仍是阻碍行业发展的难题。因此，迫切需要开发一种环境友好、方便快捷地制备具有极佳稳定性的高性能钙钛矿量子点的技术。

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与南京医科大学附属江宁医院李俊主任创新性地采用纤维纺丝化学（FSC）策略，即将微流控芯片可控实现原位反应和静电驱动力大的特点相结合，基于微流控静电纺丝技术成功实现了聚丙烯腈（PAN）/甲胺铅卤化物（MAPbX3，X= Cl、 Br、 I）钙钛矿量子点纳米纤维膜的制备。  

图1 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。   具体来看，研究人员将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 PNC。在微流控静电纺丝过程中，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PNC。纳米纤维为钙钛矿PNC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PNC的稳定性，避免了有机配体如油酸、油胺等的使用。同时，由微流控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PNC。
此外，通过FSC策略制备的PAN/MAPbX3复合纳米纤维膜在464~612nm范围内具有可调谐的发射、较窄的半宽（23nm）和较高的光致发光量子效率（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，其稳定性较之前的工作有明显提高。更重要的是，PAN/MAPbBr3纳米纤维膜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。   该研究成果于近日以“A stable and large-scale organic-inorganic halide perovskite nanocrystals/polymer nanofiber films prepared by a green and in-situ fiber spinning chemistry”为题发表在国际重要刊物Nanoscale上。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，微流控静电纺丝机由南京捷纳思新材料有限公司提供。  

图4 微流控静电纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司提供）。   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。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D2NR01691E

审核编辑 ：李倩