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  納米粉體材料因易于團聚所導致功能失效是制約其大規模應用的瓶頸。尤其是小于10納米的鈣鈦礦量子點材料，更是一個重大挑戰。近日，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、化工學院陳蘇教授團隊在國家自然重點基金資助下，探索出利用高通量微流控氣噴紡絲技術規模化制備鈣鈦礦雜化納米纖維紡絲化學的新策略，在紡絲的過程中進行原位化學反應合成鈣鈦礦量子點，實現了高熒光性能鈣鈦礦量子點（PQDs）納米纖維膜的宏量制備，粉碎后既可獲得鈣鈦礦量子點雜化粉體材料。微流控氣噴紡絲技術是目前可工業化制備納米纖維最有效的方法，相比靜電紡絲機，所制備的纖維更細（最細可小于60 nm），且纖維更易干燥，這種超細的纖維一方面可以作為納米反應器，結合微流控技術可在紡絲過程中原位反應生成量子點，另一方面納米纖維也防止了量子點的團聚，也同時解決了鈣鈦礦遇水不穩定的缺點，開辟了一條用納米纖維大規模制備納米粉體材料的新策略。

  微流控氣噴紡絲技術以氣體（空氣）為驅動力，能安全高效地實現納米纖維的量產，利用雙通道微流控芯片將PQDs的前驅體分別負載到紡絲液中，匯經噴頭形成的聚合物納米纖維作為生長PQDs的反應器，最終得到PQDs/聚合物納米纖維膜（微流控納米氣噴紡絲機由南京捷納思新材料有限公司提供）。在氣噴紡絲過程中，溶劑快速揮發，納米纖維逐漸成型并固化；同時鈣鈦礦結晶析出生成PQDs。納米纖維為PQDs的生長提供了限域空間，限制了其過度生長并防止其團聚，聚合物的包覆也提升了PQDs的穩定性，避免了有機配體如油酸、油胺等的使用。該技術利用單噴頭即可每小時制備長120厘米×寬30厘米的納米纖維膜，可實現連續化制備，為工業級放大生產提供可能。同時該技術避免了PQDs制備過程中大量溶劑的使用，是一種較為綠色、安全的制備方法。通過這種紡絲化學策略，制造了由各種不同PQDs和聚合物基質組成的大面積納米纖維薄膜，種類包括甲胺鉛鹵（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異的光學特性，例如發射波長在448-600 nm范圍可調，半峰寬窄，絕對量子產率可達71%，并在持續藍光照射、高溫處理、長時間室內存儲以及水中浸泡等條件下都表現出良好的穩定性。

  最終，對制備的PQDs納米纖維膜開展了潛在應用研究，發現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顯示以及發光LED的光轉換材料，展現了PQDs納米纖維膜優異的穩定性及光電特性。

  該工作有望解決納米量子點粉體材料難以在規模化制備中應用的難題，成為納米粉體材料制備與紡絲化學一個完美結合的新案例。

微流控納米氣噴紡絲機（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