Adv. Mater. 下一代氣體傳感器 高取向性的聚吡咯納米管

伴隨著工業的快速發展，由此帶來的環境污染和氣候變化成為人們最關心的問題。因此，為了保護人類和建立健康可持續的未來，環境的檢測，尤其是空氣污染的檢測，成為了亟待解決的任務。傳統的氣體傳感器發展非常迅速，但是它們仍然無法滿足低成本、低耗能、高靈敏度和制造簡便的要求。而近來有著“下一代傳感器材料”之稱的導電高分子雖各項性能優異，但其在柔性、工作溫度、導電性等方面也有不少厄待解決的問題。

一維納米尺度的導電高分子有利于電荷沿著長軸方向傳輸，這使其在傳感器運用方面具有高靈敏度。到目前為止，已經發展了多種形貌控制的合成方法，同時材料與工作原理的設計發展也不斷改善以導電高分子為基礎的傳感器性能。然而，傳感器的性能雖然有了很大的提高，卻由于缺少可信賴的重復性高的合成方法，限制了其商業化運用的規模。

近日，中國超導物理研究所的薛面起等學者采用了一種低成本、可大規模生產的方法，這種方法稱為微冷壁模板輔助合成法，成功地合成了具有高取向性的聚吡咯納米管陣列。單晶聚吡咯納米管陣列在陽極氧化鋁（AAO）基底上生長，聚合物鏈的方向垂直于模板內壁。與在氧化鋁模板上電化學生長的聚吡咯陣列相比，通過這種微冷壁模板輔助合成的單晶聚吡咯納米管陣列，具有更高的電子響應能力，更大的有效面積以及更薄的響應層厚度，因此這種單晶聚吡咯納米管陣列對氣體具有更高的靈敏度。

【圖文注解】
圖1、模板法生長聚吡咯的示意圖。

（a）在AAO模板上，通過電化學沉積聚吡咯納米線。（b）通過微冷壁氣相沉積合成單晶聚吡咯納米管陣列。背景表示低溫生長條件。

圖2、單晶聚吡咯納米管的表征。

（a）非晶單晶聚吡咯納米管的XRD圖譜。（b）2θ在18°到28°范圍內，單晶聚吡咯納米管的XRD圖譜。（c）低倍鏡TEM圖，圖片表明單晶聚吡咯納米管外直徑為80nm，長度為微米量級。（d）單晶聚吡咯納米管的SEAD圖像。

圖3、單晶聚吡咯納米管和聚吡咯納米線傳感器的傳感性能表征。結果表明，單晶聚吡咯納米管傳感器具有更好的氣體靈敏度，響應迅速且穩定，在不同濃度的氣體環境中，均有明顯地響應行為。

（a）暴露在1ppm的NH3環境中，單晶聚吡咯納米管傳感器和聚吡咯納米線傳感器響應曲線。（b）暴露在不同濃度（1ppb，10ppb，50ppb，200ppb，400ppb，800ppb，2000ppb）的NH3中，單晶聚吡咯納米管傳感器的響應曲線。（c）重復暴露在1ppb的NH3中，單晶聚吡咯納米管傳感器的響應曲線。（d）暴露在極低濃度的NH3中，單晶聚吡咯納米管傳感器的響應曲線。

文獻鏈接：High-Oriented Polypyrrole Nanotubes for Next-Generation Gas Sensor

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