Fluolab【Adv. Mater.】离子交换没那么复杂，试一下光诱导阴离子交换反应（PIAER）
简介
本文研究了通过光诱导阴离子交换反应（PIAER）对金属卤化物钙钛矿（LHP）纳米晶体（NCs）的带隙进行工程化，利用微流控平台加速该过程的机理。
摘要
近十年来，由于其可调控的光电特性，金属卤化物钙钛矿（LHP）纳米晶体（NCs）受到了广泛关注。通过高能光子与卤代烷的作用，本文开发了一种可扩展且可持续的方法，通过光诱导阴离子交换反应（PIAER）精确调控 LHP NCs 的带隙。然而，LHP NCs 中光诱导带隙工程的机制仍未完全理解。本研究利用先进的微流控平台阐明了 PIAER 的基本机理。此外，首次报道了在硫醇基添加剂的帮助下，将 CsPbBr 3 NCs 转变为高性能的 CsPbI 3 NCs。结果表明，CsPbBr 3 NCs 能够作为光催化剂，通过高能光子驱动二氯甲烷的氧化键断裂并促进 1-碘丙烷的光解。同时，硫醇基添加剂在表面钝化和促进 PIAER 中起到了双重作用。
研究结果与讨论
光诱导阴离子交换反应（PIAER）的微流控平台
为加速、微型化和实时监控 LHP NCs 的 PIAER，本文设计了一种自动化、材料高效的单滴光流微反应器平台。该平台采用 UV 透明的特氟隆管道和可调高功率 LED，确保在整个微反应器中均匀的光通量。通过化学光度法测量吸收光通量，并利用多模态原位反应监测探针获取 LHP NCs 在每个半周期内的 UV/Vis 吸收和光致发光（PL）光谱。
PIAER 的性能测试与控制实验
利用开发的光流微反应器平台，我们系统研究了 CsPbX 3（X=Cl, Br, I）NCs 从溴化物到氯化物和溴化物到碘化物的 PIAER 反应。结果显示，光子通量和卤代烷浓度对 PIAER 速率和 NCs 的光学特性有显著影响。
Br→Cl 和 Br→I 阴离子交换反应的动力学
光诱导的 Br→Cl 交换反应的阴离子交换速率受光子通量的显著影响。随光子通量的增加，阴离子交换反应的速率明显加快。通过利用硫醇基添加剂，Br→I 交换反应首次成功实现，形成了高性能的 CsPbI 3 NCs。不同光子通量下的实验结果表明，阴离子交换反应路径在不同光子通量下趋于一致，最终形成富氯 NCs。
结论
本研究的发现为钙钛矿基光电子材料的定制设计提供了新的途径。通过利用微流控平台，本研究首次成功实现了 PIAER 的自动化和高效材料利用，并深入揭示了 PIAER 的机理，为未来的光电应用提供了基础。未来研究可以进一步探讨硫醇基添加剂的多重作用及其在其他光电子材料中的应用。
参考文献
Jha, P.; Mukhin, N.; Ghorai, A.; Morshedian, H.; Canty, R. B.; Delgado‐Licona, F.; Brown, E. E.; Pyrch, A. J.; Castellano, F. N.; Abolhasani, M. Photo‐Induced Bandgap Engineering of Metal Halide Perovskite Quantum Dots In Flow. Advanced Materials 2025, 2419668. https://doi.org/10.1002/adma.202419668.