Adv. Mater. 下一代气体传感器 高取向性的聚吡咯纳米管

伴随着工业的快速发展，由此带来的环境污染和气候变化成为人们最关心的问题。因此，为了保护人类和建立健康可持续的...

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伴随着工业的快速发展，由此带来的环境污染和气候变化成为人们最关心的问题。因此，为了保护人类和建立健康可持续的未来，环境的检测，尤其是空气污染的检测，成为了亟待解决的任务。传统的气体传感器发展非常迅速，但是它们仍然无法满足低成本、低耗能、高灵敏度和制造简便的要求。而近来有着“下一代传感器材料”之称的导电高分子虽各项性能优异，但其在柔性、工作温度、导电性等方面也有不少厄待解决的问题。

一维纳米尺度的导电高分子有利于电荷沿着长轴方向传输，这使其在传感器运用方面具有高灵敏度。到目前为止，已经发展了多种形貌控制的合成方法，同时材料与工作原理的设计发展也不断改善以导电高分子为基础的传感器性能。然而，传感器的性能虽然有了很大的提高，却由于缺少可信赖的重复性高的合成方法，限制了其商业化运用的规模。

近日，中国超导物理研究所的薛面起等学者采用了一种低成本、可大规模生产的方法，这种方法称为微冷壁模板辅助合成法，成功地合成了具有高取向性的聚吡咯纳米管阵列。单晶聚吡咯纳米管阵列在阳极氧化铝（AAO）基底上生长，聚合物链的方向垂直于模板内壁。与在氧化铝模板上电化学生长的聚吡咯阵列相比，通过这种微冷壁模板辅助合成的单晶聚吡咯纳米管阵列，具有更高的电子响应能力，更大的有效面积以及更薄的响应层厚度，因此这种单晶聚吡咯纳米管阵列对气体具有更高的灵敏度。

【图文注解】

图1、模板法生长聚吡咯的示意图。



（a）在AAO模板上，通过电化学沉积聚吡咯纳米线。（b）通过微冷壁气相沉积合成单晶聚吡咯纳米管阵列。背景表示低温生长条件。

图2、单晶聚吡咯纳米管的表征。



（a）非晶单晶聚吡咯纳米管的XRD图谱。（b）2θ在18°到28°范围内，单晶聚吡咯纳米管的XRD图谱。（c）低倍镜TEM图，图片表明单晶聚吡咯纳米管外直径为80nm，长度为微米量级。（d）单晶聚吡咯纳米管的SEAD图像。

图3、单晶聚吡咯纳米管和聚吡咯纳米线传感器的传感性能表征。结果表明，单晶聚吡咯纳米管传感器具有更好的气体灵敏度，响应迅速且稳定，在不同浓度的气体环境中，均有明显地响应行为。



（a）暴露在1ppm的NH3环境中，单晶聚吡咯纳米管传感器和聚吡咯纳米线传感器响应曲线。（b）暴露在不同浓度（1ppb，10ppb，50ppb，200ppb，400ppb，800ppb，2000ppb）的NH3中，单晶聚吡咯纳米管传感器的响应曲线。（c）重复暴露在1ppb的NH3中，单晶聚吡咯纳米管传感器的响应曲线。（d）暴露在极低浓度的NH3中，单晶聚吡咯纳米管传感器的响应曲线。

文献链接：High-Oriented Polypyrrole Nanotubes for Next-Generation Gas Sensor（见下方“阅读原文”）

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