溴化铯（CsBr）这类溴化物纳米晶是下一代钙钛矿太阳能电池、高能射线探测设备与新型显示器件的关键功能材料，在清洁能源、医疗成像等领域具备广阔的应用前景。近日，福建福耀科技大学蒋建中团队与陈刚团队开展合作，借助同步辐射原位小角 / 广角 X 射线散射（SAXS/WAXS）技术，对溶液体系中 CsBr 纳米晶的形成与组装过程实现了高时间分辨的实时追踪，系统揭示了前驱体团簇在反应全程中扮演的多重关键角色。相关研究成果发表于材料领域国际知名期刊《Advanced Functional Materials》。
纳米晶合成是光电子、催化、能源转换等诸多前沿领域的核心技术基础，但长期以来，新型纳米晶的开发仍高度依赖经验性试错。其中离子型纳米晶因结晶速率快、结构演化灵活，其从形核、生长到组装的完整动态过程，始终难以实现连续、精准的原位观测与解析。
研究团队设计了可在真实溶液条件下连续取样的原位反应装置，将Cs-油酸盐前驱体快速注入恒温ZnBr₂溶液，同时连续抽出反应液进行X射线探测。一个关键发现是：反应发生前，前驱体物种就已自发组装成致密团簇，经Teubner–Strey模型拟合，可归因于油酸、油胺与Zn²⁺、Br⁻、Cs⁺形成的配合物，构成决定后续反应路径的“非均相反介质”。
实验结果显示，在50℃条件下，反应1 s内即观测到CsBr纳米晶形成。0–29 s分为两阶段：阶段I（0–8 s）以形核为主，直径从2.5 nm增至5.7 nm，多分散性从41.5%降至10.6%，表现出显著尺寸聚焦；阶段II（8–29 s）生长主导，直径增至6.9 nm。与经典LaMer“爆发式形核”不同，CsBr形核缓慢而持续，源于团簇作为“亚稳态储库”持续释放前驱体—这与均相体系的自聚焦机制有本质区别。采用简单Lifshitz–Slyozov–Wagner (LSW) 熟化模型拟合得到异常的生长指数n=15.9，基于该结果，团队提出“团簇释放 — 单体扩散 — 附着生长”两步生长模型。
反应后期的演化同样发现：约29 s时超晶格衍射峰出现，此前作为储库的团簇转而充当“耗散剂”，驱动纳米晶组装成面心立方超晶格。组装后熟化受超晶格环境强烈约束，内部与表面纳米晶熟化不均，最终导致超晶格部分解组装。同步WAXS数据独立验证了单晶性与晶格收缩等结论；变温实验给出形核活化能59.9 kJ mol⁻¹、生长活化能3.1 kJ mol⁻¹，印证了延长的形核窗口。科研团队进一步将组装后演化归纳为内部空隙体积分数、反应温度与内部纳米晶数量分数三个关键参数。
该项研究完整刻画了 CsBr 纳米晶 “前驱体团簇形成 — 延长形核与尺寸聚焦 — 耗散驱动有序自组装 — 受限熟化与部分解组装” 的全生命周期演化路径，不仅深化了学界对离子型纳米晶结晶与组装机制的认知，也为钙钛矿等相关光电材料的前驱体介导合成策略提供了重要的机理参考与理论支撑。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.79437
图1：原位SAXS/WAXS装置与CsBr纳米晶的非原位表征。(a)原位SAXS/WAXS实验装置示意图及CsBr纳米晶合成的时间分辨一维SAXS曲线（仅显示部分曲线）。(b)ZnBr₂与CsOA前驱体溶液的一维SAXS曲线、模型拟合（黄线）及结构示意图。(c)合成产物的一维SAXS曲线及球形体因子模型拟合。(d)产物TEM图像。(e)SAXS与TEM测得的尺寸分布。(f)高分辨TEM图像。(g)XRD图谱与参考标准对比。
