我國學(xué)者在超分子組裝合成新型半導(dǎo)體納米線氣敏材料研究方面取得新進展

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系與聚合物分子工程國家重點實驗室鄧勇輝課題組在兩親性嵌段共聚物導(dǎo)向合成新型氣敏半導(dǎo)體材料研究方面取得新進展。研究團隊采用“bottom-up”的超分子組裝理念，利用實驗室設(shè)計合成的富含sp2雜化碳的有機兩親性嵌段共聚物（如PEO-b-PS）與無機雜多酸簇分子（如硅鎢酸）之間協(xié)同作用，在分子尺度操控有機大分子與無機小分子界面靜電組裝，進一步在納米尺度下利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)棒狀膠束聚集組裝，首次獲得3D交叉排列的雜多酸-嵌段共聚物復(fù)合納米線陣列。團隊發(fā)現(xiàn)這種有機-無機復(fù)合結(jié)構(gòu)具有非典型性“結(jié)構(gòu)變換”行為，即伴隨著有機高分子的分解，硅鎢酸分子遷移至棒狀膠束接觸區(qū)并原位轉(zhuǎn)化為Si-摻雜的氧化鎢（WO3）納米線，并最終形成三維等間距、正交排列的金屬氧化物半導(dǎo)體納米線多孔陣列結(jié)構(gòu)。原位表征技術(shù)、光譜分析、同步輻射分析及密度泛函（DFT）理論計算結(jié)果表明，氧化鎢納米線因晶格中摻入Si元素而導(dǎo)致常規(guī)的γ-WO3正八面體發(fā)生局部扭曲，形成亞穩(wěn)態(tài)的ε-WO3。上述超分子組裝合成思路也適合于其他雜多酸體系，以合成各種雜原子原位摻雜的半導(dǎo)體金屬氧化物交叉納米線陣列，且展示出優(yōu)異的丙酮傳感性能。

本次研究成果是團隊多年來在嵌段共聚物設(shè)計、組裝合成納米結(jié)構(gòu)材料方面的重要研究進展。在前期研究基礎(chǔ)上，團隊探索出的這種靈活、可控的3D超分子界面組裝合成思想，突破了傳統(tǒng)的復(fù)雜多步合成和制備納米線陣列的瓶頸。該組裝方法為創(chuàng)制新穎半導(dǎo)體納米線陣列、納米線功能化修飾（如原位摻雜）、微納器件原位集成等提供了全新的研究思路，也為發(fā)展先進能源器件、微納感知電子元件、智能裝備等打下重要的基礎(chǔ)。