WO3微/纳结构有序多孔薄膜的原位合成及其对NO2的气敏性能研究

In view of the deficiencies in homogeneity, stability and interfacial binding force of traditional nanomaterial sensing films, the project presents in situ fabrication of micro/nano-structured WO3 ordered porous sensing films on rough surfaces of ceramic tube. The fabrication is based on integral transfer of self-assembled organic templates and possesses abilities of micro-structures and chemical composition modulation for WO3 porous films, which will be systematically researched as NO2 sensing layers. The program executions are as follows: in situ fabrication and interfacial binding force research of WO3 micro/nano-structured porous films; modulation of micro-structures in porous films (pore space, thickness and layers, etc.); composite and surface modification of noble metal nanoparticles and carbon materials; correlations between NO2 sensing performances and film micro-structures; NO2 sensing mechanism and structure enhancement effects; construction of NO2 gas detecting prototype and practical application. The project aims at developing a new method for in situ fabrication of high quality WO3 micro/nano-structured porous films with modulated micro-structures, revealing correlations between sensing performances and film structures or chemical compositions, verifying NO2 sensing mechanisms for WO3 porous films, etc. The program not only possesses academic significance but also lays the foundations for practical sensing applications of WO3 micro/nano-structured porous films.

本项目针对传统纳米敏感薄膜在均匀性、结构稳定性、界面结合力等方面的不足，利用有机模板无损转移技术，在氧化铝陶瓷管基底（曲面、粗糙）上原位合成宏观尺度（平方厘米量级）的氧化钨微/纳结构有序多孔薄膜，调控其微结构及化学组分，研究其对NO2气体的敏感特性。主要包括：氧化钨微/纳结构有序多孔薄膜的原位合成与界面结合力；薄膜孔隙、厚度、层数等微结构参数的调控；贵金属纳米颗粒、碳材料（石墨烯、碳纳米管等）复合与表面修饰；NO2气敏性能与薄膜的结构相关性；多孔薄膜对NO2的气敏机制及其结构增强效应；构建NO2气体浓度检测样机及应用示范等。旨在获得陶瓷管基底高质量WO3微/纳结构有序多孔薄膜的原位合成及结构调控新方法；揭示薄膜微结构、组分与气敏性能之间的关系；初步揭示WO3多孔薄膜对NO2气体的敏感机理等。本项目不仅具有重要的学术意义，而且可为WO3微/纳结构有序多孔薄膜的器件化和实用化奠定基础。

本项目针对传统纳米敏感薄膜在均匀性、结构稳定性、界面结合力等方面的不足，利用有机模板无损转移技术，直接在传感器陶瓷管基底（曲面、粗糙）上原位合成了具有宏观尺度（平方厘米量级）的、结构均匀稳定的氧化钨微/纳结构有序多孔薄膜，调控并优化了其微结构及化学组分，研究了其对NO2气体的敏感特性。取得的重要结果有：(1)掌握了基于传感器衬底原位合成WO3微/纳结构多孔薄膜的新技术，构筑了对NO2具有高选择性的夹心结构Au/WO3敏感薄膜；(2)建立了薄膜结构参数、化学组分与气敏性能之间的关联性数据库，初步揭示了NO2气体敏感增强机制；(3)研制出了环境气氛下NO2气体痕量检测的原理样机，为基于WO3多孔薄膜气敏器件的实用化奠定了基础。(4)发展了一种贵金属/氯氧物、贵金属/氧化物复合纳米材料的室温可控、通用制备方法，并探究了其对环境敏感特性。本项目不仅具有重要的学术意义，而且可为WO3微/纳结构有序多孔薄膜的器件化和实用化奠定基础。. 目前，已正式发表标注了本项目资助的SCI学术论文8篇，其中第1作者或通讯作者SCI论文3篇，另有2篇论文在投；申请国家发明专利9项，其中5项发明专利已获授权。同时，基于本项目的部分扩展性结果，成功获得国家自然科学基金面上项目的资助。. 在成果转化与应用方面，本项目执行过程中成功研制出了高性能NO2气体传感元器件及浓度检测样机，并研制成功高电阻型气体敏感测试平台，现拟推向市场。