复旦大学研究WO3纳米线在气敏材料中的应用

据悉，复旦大学邓勇辉教授团队利用有机嵌段共聚物与无机杂多酸分子之间的协同共组装，首次直接合成了三维等间距、正交排列的Si掺杂ε-WO3正交纳米线数组，且该材料对丙酮传感响应性能极好（丙酮是人体呼出气中与生理、病理相关的标志性挥发物之一），这主要是因为亚稳态ε-WO3纳米线数组结构具有3D堆垛多孔结构、丰富的接口活性氧（O-、O2- 等）和良好的电子传递行为。

化学电阻型半导体气体传感器的核心是气敏半导体材料，因此创造高性能的气敏材料是发展先进气体传感器的关键。由于高性能气敏材料应具有显著表面效应和高度互联的孔道，因此大多数研究者都认为纳米线结构材料是最佳的选择原料。

然而，在以往的研究中，半导体纳米线需要事先合成，然后再进一步采用各种组装策略来形成组装体并加以应用。采用“自下而上”的超分子组装合成法来直接构筑金属氧化物半导体纳米线数组多孔组装体有利于微纳气敏传感器的发展，但一直是一个巨大的挑战。

针对上述挑战，邓勇辉教授课题组采用“bottom-up”的超分子组装理念，利用实验室设计合成的富含sp2杂化碳的有机两亲性嵌段共聚物（如PEO-b-PS）与无机杂多酸簇分子（如硅钨酸）之间协同作用。研究团队通过在分子尺度操控有机大分子与无机小分子界面静电组装，可令二者发生胶束化以及胶束融合作用，进一步在纳米尺度下利用溶剂挥发诱导棒状胶束聚集组装，首次获得成3D紧密交叉排列的复合纳米线数组。在随后的高温煅烧处理过程中，研究团队发现这种有机-无机复合结构具有非典型性“结构变换”行为，即伴随着有机高分子的分解，硅钨酸分子迁移至棒状胶束接触区并原位转化为Si-掺杂的氧化钨纳米线，并最终形成三维等间距、正交排列的金属氧化物半导体纳米线多孔数组结构。

实验表明，氧化钨纳米线因晶格中掺入了Si元素而导致常规的γ-WO3的正八面体结构发生局部扭曲，因此纳米线数组中的氧化钨是亚稳态的ε-WO3。实验表明，氧化钨纳米线因晶格中掺入了Si元素而导致常规的γ-WO3的正八面体结构发生局部扭曲，因此纳米线数组中的氧化钨是亚稳态的ε-WO3。Si掺杂ε-WO3正交纳米线数组材料表现出优异的丙酮传感响应性能，能很好应用于医学领域。

研究发现，所述的超分子组装合成思路也适合于其它杂多酸体系，比如硅钼酸、磷钨酸、磷钼酸等单一或多元杂多酸均可以用作为无机前驱物分子，并能用来合成各种杂原子原位掺杂的半导体金属氧化物交叉纳米线数组。

该项研究成果以《正交组装三维交叉堆栈金属氧化物半导体纳米线的合成》为题，以研究长文形式在线发表于《自然•材料》杂志。

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