復旦大學研究WO3納米線在氣敏材料中的應用

據悉，復旦大學鄧勇輝教授團隊利用有機嵌段共聚物與無機雜多酸分子之間的協同共組裝，首次直接合成了三維等間距、正交排列的Si摻雜ε-WO3正交納米線陣列，且該材料對丙酮傳感回應性能極好（丙酮是人體呼出氣中與生理、病理相關的標誌性揮發物之一），這主要是因為亞穩態ε-WO3納米線陣列結構具有3D堆垛多孔結構、豐富的介面活性氧（O-、O2- 等）和良好的電子傳遞行為。

化學電阻型半導體氣體感測器的核心是氣敏半導體材料，因此創造高性能的氣敏材料是發展先進氣體感測器的關鍵。由於高性能氣敏材料應具有顯著表面效應和高度互聯的孔道，因此大多數研究者都認為納米線結構材料是最佳的選擇原料。

然而，在以往的研究中，半導體納米線需要事先合成，然後再進一步採用各種組裝策略來形成組裝體並加以應用。採用“自下而上”的超分子組裝合成法來直接構築金屬氧化物半導體納米線陣列多孔組裝體有利於微納氣敏感測器的發展，但一直是一個巨大的挑戰。

針對上述挑戰，鄧勇輝教授課題組採用“bottom-up”的超分子組裝理念，利用實驗室設計合成的富含sp2雜化碳的有機兩親性嵌段共聚物（如PEO-b-PS）與無機雜多酸簇分子（如矽鎢酸）之間協同作用。研究團隊通過在分子尺度操控有機大分子與無機小分子介面靜電組裝，可令二者發生膠束化以及膠束融合作用，進一步在納米尺度下利用溶劑揮發誘導棒狀膠束聚集組裝，首次獲得成3D緊密交叉排列的複合納米線陣列。在隨後的高溫煆燒處理過程中，研究團隊發現這種有機-無機複合結構具有非典型性“結構變換”行為，即伴隨著有機高分子的分解，矽鎢酸分子遷移至棒狀膠束接觸區並原位轉化為Si-摻雜的氧化鎢納米線，並最終形成三維等間距、正交排列的金屬氧化物半導體納米線多孔陣列結構。

實驗表明，氧化鎢納米線因晶格中摻入了Si元素而導致常規的γ-WO3的正八面體結構發生局部扭曲，因此納米線陣列中的氧化鎢是亞穩態的ε-WO3。實驗表明，氧化鎢納米線因晶格中摻入了Si元素而導致常規的γ-WO3的正八面體結構發生局部扭曲，因此納米線陣列中的氧化鎢是亞穩態的ε-WO3。Si摻雜ε-WO3正交納米線陣列材料表現出優異的丙酮傳感回應性能，能很好應用於醫學領域。

研究發現，所述的超分子組裝合成思路也適合於其它雜多酸體系，比如矽鉬酸、磷鎢酸、磷鉬酸等單一或多元雜多酸均可以用作為無機前驅物分子，並能用來合成各種雜原子原位摻雜的半導體金屬氧化物交叉納米線陣列。

該項研究成果以《正交組裝三維交叉堆疊金屬氧化物半導體納米線的合成》為題，以研究長文形式線上發表于《自然•材料》雜誌。

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