导读

近日，复旦大学化学系、聚合物分子工程国家重点实验室邓勇辉教授课题组在两亲性嵌段共聚物导向合成新型气敏半导体材料研究方面取得重要进展。

邓勇辉教授团队长期从事嵌段共聚物设计及其组装合成功能纳米结构材料研究，包括创制多种金属氧化物半导体气敏传感材料。针对上述挑战，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阵列。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”（Structure transformation）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（WO3）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阵列结构。

原位表征技术、光谱分析、同步辐射分析及密度泛函（DFT）理论计算结果表明，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，因此纳米线阵列中的氧化钨是亚稳态的ε-WO3。进一步研究发现，上述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，并可以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阵列。以Si掺杂ε-WO3正交纳米线阵列为例，由于亚稳态ε-WO3纳米线阵列结构同时具有3D堆垛多孔结构、丰富的界面活性氧（O-、O2- 等）和良好的电子传递行为，该材料展示出优异的丙酮传感响应性能（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）。

该项研究得到国家优秀青年基金、国家自然科学基金面上项目、国家万人计划青年拔尖人才和能源材料化学协同创新中心等资助。研究工作得益于多个合作单位以及所有作者的精诚合作和协作支持，同时也得到西安交通大学单智伟教授在原位电镜测试方面的无私帮助。