聚苯胺构建高速载流子传输通道的硫化蛋黄状Bi2MoO6@ZIF-8半导体材料及其高性能室温氨气传感研究

本文推荐一种基于蛋黄状Bi2MoO6@ZIF-8-S@PANI（BZP）复合材料的室温氨气（NH3）传感器。通过聚苯胺（PANI）构建高速载流子传输通道，解决了半导体材料湿度耐受性差的问题，在25℃、45%相对湿度下对100 ppm NH3响应率达240.32%。结合密度泛函理论（DFT）计算，揭示了异质结界面电荷转移与吸附能提升机制，为室温高湿环境气体监测提供新策略。

　　

Highlight

本研究设计了一种蛋黄状Bi₂MoO₆负载金属有机框架（MOF）的硫化复合材料。聚苯胺（PANI）凭借其超高电荷迁移率，为气体接触时的载流子传输构建了高速通道，同时导电PANI包覆层克服了半导体材料的耐湿性缺陷。所制备的Bi₂MoO₆@ZIF-8-S@PANI（BZP）复合材料在25℃、45%相对湿度下对100 ppm NH₃的响应率高达240.32%。

Introduction

无色有刺激性气味的氨气（NH₃）在农业、工业和医疗领域应用广泛，但高浓度NH₃会对人体和环境造成危害。传统金属氧化物半导体需高温工作，而单一材料难以兼顾高灵敏度与低温性能。Bi₂MoO₆（BMO）因其层状结构和适中带隙（2.85 eV）成为潜力材料，但室温下传感性能较差。通过构建异质结、引入氧空位或量子点等改性手段可提升性能，但实现高效电荷分离仍是关键挑战。

Materials and Methods

材料：实验采用商业级硝酸铋（Bi(NO₃)₃·5H₂O）、钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O）等试剂。

合成：通过水热法制备蛋黄状BMO，再外延生长ZIF-8形成BZ8复合材料，经硫化处理后与PANI复合。

Conclusions

BZP复合材料通过PANI构建的载流子高速传输通道，在25℃、45%湿度下对NH₃响应率达240.32%（检测限56.97 ppb），90%湿度下响应率提升至561.28%。该研究为室温高湿环境气体传感提供了新型异质结界面设计策略。