微流控芯片可控實(shí)現(xiàn)原位反應(yīng)和靜電驅(qū)動(dòng)力大的特點(diǎn)相結(jié)合

近年來(lái)，有機(jī)-無(wú)機(jī)鹵化物鈣鈦礦納米晶體（PNC）因其高光致發(fā)光量子產(chǎn)率、可調(diào)諧光學(xué)帶隙和窄半峰寬等優(yōu)異的光學(xué)特性而受到廣泛關(guān)注。這些特性使PNC在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、顯示器、激光和光電探測(cè)器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，有機(jī)-無(wú)機(jī)鹵化物PNC的不穩(wěn)定性和小規(guī)模生產(chǎn)仍是阻礙行業(yè)發(fā)展的難題。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種環(huán)境友好、方便快捷地制備具有極佳穩(wěn)定性的高性能鈣鈦礦量子點(diǎn)的技術(shù)。

針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，南京工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳蘇教授與南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧醫(yī)院李俊主任創(chuàng)新性地采用纖維紡絲化學(xué)（FSC）策略，即將微流控芯片可控實(shí)現(xiàn)原位反應(yīng)和靜電驅(qū)動(dòng)力大的特點(diǎn)相結(jié)合，基于微流控靜電紡絲技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了聚丙烯腈（PAN）/甲胺鉛鹵化物（MAPbX3，X= Cl、 Br、 I）鈣鈦礦量子點(diǎn)納米纖維膜的制備。

圖1 FSC策略制備PAN/MAPbBr3納米纖維的機(jī)理及其在白光二極管和液晶顯示的應(yīng)用示意圖。 具體來(lái)看，研究人員將纖維作為納米反應(yīng)器，前體PbBr2和MAX在納米纖維上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成MAPbX3 PNC。在微流控靜電紡絲過(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PNC。納米纖維為鈣鈦礦PNC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PNC的穩(wěn)定性，避免了有機(jī)配體如油酸、油胺等的使用。同時(shí)，由微流控靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建的超小尺度微反應(yīng)器不僅規(guī)避了有機(jī)溶劑的使用和重金屬?gòu)U物的產(chǎn)生等潛在問(wèn)題，而且可以連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)PNC。
此外，通過(guò)FSC策略制備的PAN/MAPbX3復(fù)合納米纖維膜在464~612nm范圍內(nèi)具有可調(diào)諧的發(fā)射、較窄的半寬（23nm）和較高的光致發(fā)光量子效率（58%）。制備的PAN/MAPbBr3納米纖維膜在室溫條件下儲(chǔ)存90天，其發(fā)光強(qiáng)度基本不變，其穩(wěn)定性較之前的工作有明顯提高。更重要的是，PAN/MAPbBr3納米纖維膜具有優(yōu)異的熒光性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐水性，在白光二極管和液晶顯示等光電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 PAN/MAPbBr3納米纖維膜的形貌和結(jié)構(gòu)表征圖。

圖3 PAN/MAPbBr3納米纖維膜在白光二極管和液晶顯示領(lǐng)域的應(yīng)用研究。 該研究成果于近日以“A stable and large-scale organic-inorganic halide perovskite nanocrystals/polymer nanofiber films prepared by a green and in-situ fiber spinning chemistry”為題發(fā)表在國(guó)際重要刊物Nanoscale上。南京工業(yè)大學(xué)陳蘇教授與南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧醫(yī)院李俊主任為共同通訊人，微流控靜電紡絲機(jī)由南京捷納思新材料有限公司提供。

圖4 微流控靜電紡絲機(jī)（南京捷納思新材料有限公司提供）。 該課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程、材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等基金的資助和支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D2NR01691E

審核編輯 ：李倩