目前，半導體量子點（SQDs）得到了廣泛的應用，但在薄膜中制造高度分散的SQDs仍然是一項挑戰。在此，研究者報告了一種聚合物納米反應器介導的限制策略，用于可控合成高密度、單分散ZrO2 SQDs納米纖維薄膜。具體而言，在水基溶液中，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）通過分子空間位阻效應限制醋酸鋯膠體，然后通過靜電紡絲將其組裝成納米纖維。之后，PVP在煅燒過程中為納米纖維提供了一個柵欄狀的空間限制。通過這種雙疇限制，制備了高負載（84.5wt%）、單分散ZrO2 SQDs（約4.47nm）納米纖維薄膜。該薄膜具有優異的柔性和1245m2/g的高比表面積，以及紫外光-可見光的可調光吸收，突破了寬帶隙ZrO2只能在紫外光照射下激發光催化的瓶頸。綜上，這一策略為大規模制備高質量SQD薄膜創造了新的可能性，有利于其實際應用。
圖1.使用聚合物納米反應器介導策略合成高密度、單分散ZrO2 QD NF薄膜的機理。（a）使用靜電紡絲制造包含受限PVP-Zr(AC)4膠體的混合NFs的示意圖。（b）Zr(Ac)4在溶膠中的自水解和縮合。（c）PVP的ESP分析和分子共振演示。（d）溶膠中的分子空間限制效應。（e）煅燒期間PVP在NFs中的柵欄狀空間限制效應。
圖2.柔性ZrO2和M-ZrO2 QD NF薄膜的物理表征。（a）雜化NF薄膜的掃描電鏡圖像和照片。（b）柔性M-ZrO2 QD NF薄膜的表面形態和數碼照片。（c）典型M-ZrO2 QD NF薄膜的橫截面SEM圖像。（d）M-ZrO2 QD NFs在空氣中于25℃-900℃范圍內的TG曲線。（e,f）M-ZrO2 QD NFs的TEM和HRTEM圖像。（g）M-ZrO2 QD NFs和嵌入ZrO2 QDs的直徑分布。（h）M-ZrO2 QD NFs的HRTEM圖像和SAED圖譜。（i）ZrO2 QD NFs和M-ZrO2 QD NFs的XRD圖
圖3.合成柔性M-ZrO2 QD NF薄膜的優化條件。（a）制備的具有廷德爾效應的可紡溶膠前體的光學照片。（b）通過直接燒結溶膠前體制備的ZrO2 NPs的TEM圖像。（c,d）具有不同ZrO2含量的M-ZrO2 QD NFs的TEM圖像。（e）四種不同電紡雜化NFs的TG曲線。（f）四種不同溶膠的FTIR光譜。（g）在不同溫度下燒結的雜化PVP/PTFE/Zr10 NFs的XRD圖譜。（h）ZrO2 QD NF薄膜和M-ZrO2 QD NF薄膜的氮氣吸附-解吸等溫線，（i）孔徑分布和（j）拉伸應力-應變曲線。
圖4.可見光驅動的CO2光還原。（a）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的紫外-可見漫反射光譜。（b）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的波段對比。（c）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的Mott-Schottky圖。（d）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的EPR光譜。（e）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs在298.15K下高達1.00bar的CO2吸附等溫線。（f）在純水系統中的時間依耐性CO和CH4生成。（g,h）M-ZrO2 QD NFs光催化CO2還原的循環測試。（i）使用犧牲劑和光敏劑時的時間依耐性CO和CH4生成。
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