近日，我实验室量子点发光显示材料与器件团队在量子点先进制造方面取得重要进展，相关成果以“Polymer-Surface-Mediated Mechanochemical Reaction for Rapid and Scalable Manufacture of Perovskite QD Phosphors”为题在线发表于《Advanced Materials》上，该论文的第一作者为21级硕士生张开帅、23级博士生范文轩，通讯作者为宋继中教授。

卤化物钙钛矿量子点（quantum dot，QD）具有发光效率高、发光颜色纯等特点，被认为是未来照明光源理想的候选者。通常来说，发光稳定性和大规模制备是决定其产业化的关键条件。近年来，其发光稳定性已取得了重要突破，基本上能够满足产业化的要求。然而，钙钛矿QD荧光粉的产业化仍缺乏满足大规模量产所需的简易合成技术。

目前，化学溶液法能够制备出高发光特性的钙钛矿QDs。然而，这些方法在合成、分离和纯化过程中不可避免地使用了大量有机溶剂，带来了环境污染的困惑，并限制了其在照明产业中的实际应用。此外，批次重复性差、去除溶剂额外成本高、原材料浪费、制备过程繁琐等问题，也是扩大规模量产中令人棘手的难题。

与溶液方法相比，机械化学合成是一种能在全固态（绿色无溶剂）下，大规模制备纳米材料的可行方法。最近研究表明，球磨和手工研磨等方法能够用来制备钙钛矿发光材料。然而，这类方法在批量化制备过程中面临着反应时间很长（通常从几到几十小时不等）、发光效率偏低（PLQY：~60%）的难题。因此，设计新型的全固态合成方法，能够快速大规模制造出的高质量钙钛矿荧光粉，对产业化应用至关重要。

量子点的制造过程及阐述批量化制造高效的量子点

针对全固态合成中反应时间长、发光效率低的难题，该团队提出聚合物表面限域的机械化学反应（PMR）的策略，利用高速多功能粉碎机，在短反应时间内（100 s）成功制备出高效的钙钛矿QD荧光粉。该策略的特点在于：（i）粉碎机的超高转速（>15000 rpm）能够产生足够强的机械力，有助于金属盐前体和有机卤化物的快速混合，使前驱体能够快速转化为钙钛矿；（ii）合成过程中，引入具有丰富表面特征的聚合物颗粒，能够提供均匀的反应环境和充足的空间，进而使合成的钙钛矿可控地分散于聚合物表面，有效地阻止了相邻颗粒之间的聚集。这些特点使PMR能够以高材料利用率（100%产率）、高合成速率（1 kg/min）和绿色（无溶剂）的方式成功制造出PLQY超过90%的高质量绿色CsPbBr3钙钛矿量子点。

此外，PMR在制备金属卤化物荧光粉方面表现出巨大的通用性，可以采用20多种聚合物来制备钙钛矿量子点荧光粉，合成出不同发光颜色的Pb基钙钛矿荧光粉以及开发各种无Pb金属卤化物荧光粉。

更重要的是，所制备的荧光粉兼具聚合物的可加工性与钙钛矿量子点的高发光特性，可以通过热压或3D打印等方式，加工成固态发射体，应用于荧光下转换发光。

总之，该策略在规模化制备钙钛矿量子点荧光粉上展现出简便（易于操作）、节能（反应时间短）、绿色环保（无溶剂）、合成速率高等优势。该研究不仅可以为高通量钙钛矿量子点合成开辟新的视觉，而且可以为探索新的钙钛矿体系提供新的机遇。该方法有望成为制造高质量钙钛矿QD荧光粉的最佳方案，符合机械化学的最终目标：更清洁、更安全、更高效的绿色无溶剂合成思想。

该工作得到国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202310521