微流控芯片可控實現(xiàn)原位反應和靜電驅動力大的特點相結合

近年來，有機-無機鹵化物鈣鈦礦納米晶體（PNC）因其高光致發(fā)光量子產率、可調諧光學帶隙和窄半峰寬等優(yōu)異的光學特性而受到廣泛關注。這些特性使PNC在太陽能電池、發(fā)光二極管、顯示器、激光和光電探測器等領域具有廣闊的應用前景。然而，有機-無機鹵化物PNC的不穩(wěn)定性和小規(guī)模生產仍是阻礙行業(yè)發(fā)展的難題。因此，迫切需要開發(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的技術。

針對上述科學問題，南京工業(yè)大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授與南京醫(yī)科大學附屬江寧醫(yī)院李俊主任創(chuàng)新性地采用纖維紡絲化學（FSC）策略，即將微流控芯片可控實現(xiàn)原位反應和靜電驅動力大的特點相結合，基于微流控靜電紡絲技術成功實現(xiàn)了聚丙烯腈（PAN）/甲胺鉛鹵化物（MAPbX3，X= Cl、 Br、 I）鈣鈦礦量子點納米纖維膜的制備。

圖1 FSC策略制備PAN/MAPbBr3納米纖維的機理及其在白光二極管和液晶顯示的應用示意圖。 具體來看，研究人員將纖維作為納米反應器，前體PbBr2和MAX在納米纖維上發(fā)生化學反應，形成MAPbX3 PNC。在微流控靜電紡絲過程中，溶劑快速揮發(fā)，納米纖維逐漸成型并固化，同時鈣鈦礦結晶析出生成PNC。納米纖維為鈣鈦礦PNC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PNC的穩(wěn)定性，避免了有機配體如油酸、油胺等的使用。同時，由微流控靜電紡絲技術構建的超小尺度微反應器不僅規(guī)避了有機溶劑的使用和重金屬廢物的產生等潛在問題，而且可以連續(xù)大規(guī)模生產PNC。
此外，通過FSC策略制備的PAN/MAPbX3復合納米纖維膜在464~612nm范圍內具有可調諧的發(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存90天，其發(fā)光強度基本不變，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、結構穩(wěn)定性和耐水性，在白光二極管和液晶顯示等光電領域具有廣闊的應用前景。

圖2 PAN/MAPbBr3納米纖維膜的形貌和結構表征圖。

圖3 PAN/MAPbBr3納米纖維膜在白光二極管和液晶顯示領域的應用研究。 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)表在國際重要刊物Nanoscale上。南京工業(yè)大學陳蘇教授與南京醫(yī)科大學附屬江寧醫(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（南京捷納思新材料有限公司提供）。 該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃、江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程、材料化學工程國家重點實驗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