功能化聚噻吩衍生物-金属氧化物复合纳米材料的气敏行为研究

Since conducting polymer-metal oxide hybrid nanocomposites conbine the advantages of both materials, nanocomposited-based gas sensors have sensing characteristics of efficiently and effectively detecting gaseous analyte at room temperature. Functionalization on the nanocomposites could further enhance the gas sensing performance.However, the relationship between the material structure and the gas sensing properties has not been solved yet. Here we propose to study the gas sensing characteristics of functional polythiophene derivatives-metal oxide hybrid nanocomposites. Polythiophene with chemical modification will be designed and synthesized. Gas sensors based on nanocomposites of the functionalized polymer and metal oxide will be investigated.The gas sensing mechanism will be explored and the effect of the functional moiety will be revealed. It is expected to develop novel gas sensing system addressing to high sensitivity, selectivity and stability. Summarization on the structure-property relationships would improve and enrich the theory of polymer-inorganic composite materials. Overall, this project would exhibit a scientific research significance as well as application value.

导电聚合物-金属氧化物复合纳米材料兼具两者的优势，基于此类复合纳米材料的气体传感器可以在较低的工作温度下实现高灵敏度的快速气体检测。对复合材料进行功能化修饰改性，可以进一步改善其气体传感性能。但是涉及到材料结构与气敏性能的内在联系等问题尚未解决。本课题拟对功能化聚噻吩衍生物-金属氧化物复合纳米材料的气敏行为进行研究。对聚噻吩衍生物进行功能化修饰，研究功能化的聚合物与金属氧化物的复合纳米材料的气敏特性，揭示传感工作机理和功能基团的作用，发展灵敏度高、选择性和稳定性好的气敏材料新体系；总结材料的结构-性能关系，丰富和完善聚合物-金属氧化物复合材料的重要理论。本课题具有科学研究和实际应用的双重意义。

将导电聚合物的电子俘获的特点与氧化物纳米材料的优点进行结合、获得兼具两种材料特性的复合型气敏材料，具有非常好的研究前景。本项目合成了侧链具有氨基、亚砜基、甲基磺酰基等功能基团修饰的聚噻吩衍生物，对聚合物分子结构进行了详细的表征。采用水热合成的方法制备了聚噻吩衍生物和ZnO的复合材料，研究了复合材料对乙醇的气敏行为。复合材料可以在较低温度下对乙醇表现出良好的气敏响应，聚合物的引入明显提升了响应值，响应约为ZnO的2倍。采用原位氧化聚合的方法将氨基修饰的聚噻吩衍生物掺杂到WO3纳米材料中得到复合材料，该复合材料在60 oC时表现出优异的气敏特性，对H2S有较高的灵敏度和选择性，对500 ppm气体的响应达到96.3，是一种较为理想的材料。复合纳米材料对气体传感的工作机理有一定的认识，仍需继续深入研究。本项目还基于组合材料学和高通量测试技术发展了气敏膜并行制备平台和高通量测试平台，通过这两个平台从传感阵列库选择合适传感器的筛选效率得到大幅度提升，可以促进气体传感器的研发。