自组装的四(4-NN-二乙胺基苯基)卟啉/多酸(钠)有机/无机复合薄膜及其气敏性质
Self-assembled Organic-Inorganic Hybrid Nanocomposites of Tetrakis(4-N,N-diethylaminophenyl)Porphyrin/Polyacid (Sodium Polyacid) and Highly Sensitive Responses toward NO2
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邢传旺 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580  
李东 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580  
刘承奔 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580  
孔霞 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580  
李希友 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580  
陈艳丽 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580 yanlichen@upc.edu.cn 
姜建壮 中国石油大学(华东)理学院, 青岛 266580;北京科技大学化学与生物工程学院, 功能分子与晶态材料科学 与应用北京市重点实验室, 北京 100083 jianzhuang@ustb.edu.cn 
摘要: 选择Keggin型12-磷钨酸(TPA)及其钠盐(NaTP)水溶液为亚相,用四(4-NN-二乙胺基苯基)卟啉化合物(H2TNPP)自组装膜为功能模板,釆用低成本的QLS法成功制备了2种新型有机/无机复合材料:H2TNPP/TPA,H2TNPP/NaTP QLS薄膜。薄膜结构、形貌及半导体性质测试发现:H2TNPP分子在H2TNPP/TPA,H2TNPP/NaTP复合膜中均采取H-聚集模式,TPA亚相上H-聚集程度更大。而在纯H2TNPP膜中其为J-聚集模式。3种薄膜表面均为纳米颗粒形貌,以H2TNPP/NaTP膜表面颗粒均一,颗粒尺寸最小(~60 nm),H2TNPP/TPA膜表面缺陷较多,颗粒尺寸最大(~150 nm)。薄膜导电性依次为H2TNPP/NaTP(3.00×10-5 S·cm-1)>H2TNPP/TPA(2.49×10-5 S·cm-1)>H2TNPP膜(1.53×10-5 S·cm-1)。常温气敏测试发现:3种薄膜在30 s内对浓度小于1.88 mg·m-3的NO2气体都有响应,灵敏度依次为H2TNPP/NaTP(43%)>H2TNPP膜(16%)>H2TNPP/TPA(4.5%)。具有最小颗粒尺寸和最高导电性的H2TNPP/NaTP复合薄膜具有最高的灵敏度,并且对NO2检测限低至0.094 mg·m-3。显示出了非常高的实际应用价值。本研究为制备低成本、高灵敏度、环境友好的快速室温NO2气敏器件提供了一种新的策略。
关键词: 卟啉  多酸  自组装  有机/无机薄膜  气敏性质  NO2  室温响应
基金项目: 国家自然科学基金(No.21371073)、中央高校基本科研业务费专项资金(No.16CX06022A)、国家级大学生创新创业训练计划(No.201710425075)和中国石油大学(华东)大学生创新创业训练计划(No.20161399)资助项目。
Abstract: The novel H2TNPP/TPA and H2TNPP/NaTP organic-inorganic hybrid nanocomposites [H2TNPP=tetrakis(4-N,N-diethylaminophenyl)porphyrin, TPA=the phosphotungstic acid and NaTP=sodium phosphotungstate] are fabricated by a simple QLS method. H-type molecular stacking mode with a tilted edge-on orientation of the H2TNPP has been formed in the hybrid films. The intermolecular face-to-face π-π interaction and film microstructures are effectively improved by introducing inorganic TPA and NaTP within the organic H2TNPP films, compared with the pure H2TNPP film. In particular, good film-conductivity, smaller grain size and large specific surface area of H2TNPP/NaTP hybrid film render it excellent sensing property for NO2 gas with the lowest detection limit of 0.094 mg·m-3 and highest sensitivity (43%) among the three kinds of films in room temperature, suggesting the great potential of semiconducting H2TNPP/NaTP organic-inorganic hybrid nanocomposites in the field of chemical sensors. The present result provides a new strategy to obtain high performance room-temperature gas sensors by the construction of organic/inorganic hybrid structure combined with a low-cost solution-based method.
Keywords: porphyrin  polyacid  Self-Assombly  organic/inorganic composites  gas sensor  NO2  room temperature response
投稿时间:2017-07-26 修订日期:2017-08-31
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邢传旺,李东,刘承奔,孔霞,李希友,陈艳丽,姜建壮.自组装的四(4-NN-二乙胺基苯基)卟啉/多酸(钠)有机/无机复合薄膜及其气敏性质[J].无机化学学报,2017,33(11):2110-2116.
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