CuO增强聚噻吩纳米复合材料的结构、光学与电学性能调控及其在能源与传感器中的应用研究

本综述系统阐述了通过化学氧化原位聚合法合成的氧化铜（CuO）增强聚噻吩（PTh）纳米复合材料（NCs）的多功能特性。研究重点包括材料的结构表征（XRD、FT-IR）、光学性能优化（UV-vis带隙调控至3.67 eV）、电学性能提升（AC电导率达1.31×10-5 S/cm）以及显著的气体传感性能（尤其对NH3）。该材料展现出在高性能能量存储系统、光电器件和环境气体检测传感器领域的巨大应用潜力。

　　

Highlight

CuO纳米颗粒通过化学氧化原位聚合法成功整合至聚噻吩（PTh）基质，显著增强了纳米复合材料（NCs）的结晶性、光学响应和电荷传输能力。最佳性能体现在7 wt% CuO负载样品（PThCuO7），其展现出最小的粒径（～34.8 nm）、最高的电导率（1.31×10^-5 S/cm）和卓越的氨气（NH₃）传感灵敏度。

X-ray diffraction Analysis

X射线衍射（XRD）图谱显示，纯PTh在2θ=17.83°处呈现典型无定形特征峰，而CuO纳米颗粒则表现出与单斜晶系结构高度吻合的尖锐衍射峰（2θ=32.8°, 35.6°等）。纳米复合材料中，随着CuO负载量增加，PTh的无定形峰逐渐减弱，并在2θ=35.6°和38.7°处出现CuO的特征峰，证实了CuO的成功嵌入与PTh结晶度的提升。

Conclusion

本研究通过精确调控CuO负载量，开发出高性能PThCuO纳米复合材料。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和XRD证实了CuO与PTh基质间的强界面相互作用；紫外-可见光谱（UV-Vis）显示PThCuO7具有最优的光学性能（带隙3.67 eV，折射率2.237）；热分析表明CuO的加入显著提升了材料的热稳定性；电学性能方面，CuO的引入增强了介电极化和电荷存储能力，使PThCuO7在室温及10⁶ Hz频率下表现出最高的AC电导率（1.31×10^-5 S/cm）和最低的阻抗（1.3×10⁴ Ω）。此外，该材料对氨气表现出卓越的传感性能，凸显其在光电器件、能量存储系统和环境气体检测传感器中的多功能应用潜力。