微納反應(yīng)器為化學(xué)反應(yīng)提供限域環(huán)境，相比于傳統(tǒng)反應(yīng)器，具有強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱效果、比表面積大、原子經(jīng)濟(jì)性高、溫度和反應(yīng)時(shí)間可控、安全性高及能量損耗低等優(yōu)點(diǎn)，可作為制備納米材料、有機(jī)化學(xué)品、藥物以及生物質(zhì)材料的有效手段。然而，目前基于納米/微反應(yīng)器的制備技術(shù)仍然大多局限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，缺乏有效的放大策略，這大大阻礙了微納反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用。
近日，南京工業(yè)大學(xué)陳蘇教授團(tuán)隊(duì)提出利用紡絲化學(xué)的策略，以高通量氣噴微流控紡絲技術(shù)來規(guī)模制備納米纖維作為納米反應(yīng)器，在紡絲的過程中進(jìn)行原位化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高熒光性能鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQDs）納米纖維膜的量化制備，這些納米材料在二氧化碳還原和光電器件中展現(xiàn)出應(yīng)用潛能。
氣噴微流控紡絲技術(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PQDs的反應(yīng)器，最終得到PQDs/聚合物納米纖維膜。在氣噴紡絲過程中，溶劑快速揮發(fā)，納米纖維逐漸成型并固化；同時(shí)鈣鈦礦結(jié)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(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)級放大生產(chǎn)提供可能。同時(shí)該技術(shù)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(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)射波長在448-600 nm范圍可調(diào)，半峰寬窄，絕對量子產(chǎn)率可達(dá)71%，并在持續(xù)藍(lán)光照射、高溫處理、長時(shí)間室內(nèi)存儲以及水中浸泡等條件下都表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。 最終，對制備的PQDs納米纖維膜開展了潛在應(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。該工作有望解決微納反應(yīng)器難以在規(guī)模化制備中應(yīng)用的難題，并為高性能納米復(fù)合材料的快速宏量制備提供了一種新策略。 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
