目前，半导体量子点（SQDs）得到了广泛的应用，但在薄膜中制造高度分散的SQDs仍然是一项挑战。在此，研究者报告了一种聚合物纳米反应器介导的限制策略，用于可控合成高密度、单分散ZrO2 SQDs纳米纤维薄膜。具体而言，在水基溶液中，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）通过分子空间位阻效应限制醋酸锆胶体，然后通过静电纺丝将其组装成纳米纤维。之后，PVP在煅烧过程中为纳米纤维提供了一个栅栏状的空间限制。通过这种双畴限制，制备了高负载（84.5wt%）、单分散ZrO2 SQDs（约4.47nm）纳米纤维薄膜。该薄膜具有优异的柔性和1245m2/g的高比表面积，以及紫外光-可见光的可调光吸收，突破了宽带隙ZrO2只能在紫外光照射下激发光催化的瓶颈。综上，这一策略为大规模制备高质量SQD薄膜创造了新的可能性，有利于其实际应用。
图1.使用聚合物纳米反应器介导策略合成高密度、单分散ZrO2 QD NF薄膜的机理。（a）使用静电纺丝制造包含受限PVP-Zr(AC)4胶体的混合NFs的示意图。（b）Zr(Ac)4在溶胶中的自水解和缩合。（c）PVP的ESP分析和分子共振演示。（d）溶胶中的分子空间限制效应。（e）煅烧期间PVP在NFs中的栅栏状空间限制效应。
图2.柔性ZrO2和M-ZrO2 QD NF薄膜的物理表征。（a）杂化NF薄膜的扫描电镜图像和照片。（b）柔性M-ZrO2 QD NF薄膜的表面形态和数码照片。（c）典型M-ZrO2 QD NF薄膜的横截面SEM图像。（d）M-ZrO2 QD NFs在空气中于25℃-900℃范围内的TG曲线。（e,f）M-ZrO2 QD NFs的TEM和HRTEM图像。（g）M-ZrO2 QD NFs和嵌入ZrO2 QDs的直径分布。（h）M-ZrO2 QD NFs的HRTEM图像和SAED图谱。（i）ZrO2 QD NFs和M-ZrO2 QD NFs的XRD图
图3.合成柔性M-ZrO2 QD NF薄膜的优化条件。（a）制备的具有廷德尔效应的可纺溶胶前体的光学照片。（b）通过直接烧结溶胶前体制备的ZrO2 NPs的TEM图像。（c,d）具有不同ZrO2含量的M-ZrO2 QD NFs的TEM图像。（e）四种不同电纺杂化NFs的TG曲线。（f）四种不同溶胶的FTIR光谱。（g）在不同温度下烧结的杂化PVP/PTFE/Zr10 NFs的XRD图谱。（h）ZrO2 QD NF薄膜和M-ZrO2 QD NF薄膜的氮气吸附-解吸等温线，（i）孔径分布和（j）拉伸应力-应变曲线。
图4.可见光驱动的CO2光还原。（a）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的紫外-可见漫反射光谱。（b）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的波段对比。（c）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的Mott-Schottky图。（d）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs的EPR光谱。（e）商用ZrO2 NPs和M-ZrO2 QD NFs在298.15K下高达1.00bar的CO2吸附等温线。（f）在纯水系统中的时间依耐性CO和CH4生成。（g,h）M-ZrO2 QD NFs光催化CO2还原的循环测试。（i）使用牺牲剂和光敏剂时的时间依耐性CO和CH4生成。
