pH调控MnO掺杂PVA纳米复合薄膜的光学-介电-电子特性：实验与DFT研究

【编辑推荐】本研究通过调控合成pH值（2/7/12），系统揭示了MnO掺杂PVA纳米复合材料的结构-性能关系。FTIR/XRD证实MnO成功嵌入PVA基质，SEM显示pH依赖的表面形貌（粗糙度0.051-0.063 μm）。光学带隙（3.9-4.2 eV）与载流子密度（2.08-9.11×1019 cm-3）呈现pH响应性，Mott-Schottky分析发现p型/n型导电转换现象。该材料在pH响应器件、传感器和介电储能领域具有应用潜力。

　　

Highlight

本研究揭示了pH值对MnO掺杂PVA纳米复合材料多功能特性的显著影响。通过酸性(pH 2)、中性(pH 7)和碱性(pH 12)条件下的合成调控，发现这些复合材料的结构、形貌、光学和电学性能均呈现可编程特性。

材料与薄膜制备

采用Sigma-Aldrich提供的MnO（纯度99%）和PVA（纯度99%），通过pH调节后的去离子水制备薄膜。先将水溶液用NaOH/HCl调整为不同pH值，再将PVA溶解其中并加入MnO纳米颗粒，最终通过溶液浇铸法获得厚度约100 μm的均匀薄膜。

FT-IR分析

傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示：3270 cm^-1处的宽峰对应羟基（O-H）伸缩振动，2940 cm^-1为C-H振动特征峰。值得注意的是，pH 2样品在1630 cm^-1处出现增强的羧基（C=O）峰，表明酸性条件下PVA链发生部分氧化。

结论

pH调控成功实现了MnO-PVA复合材料性能的精准定制：酸性条件(pH 2)下材料呈现p型导电性（载流子密度9.11×10¹⁹ cm^-3），碱性条件(pH 12)转变为n型特性。光学带隙在3.9-4.2 eV范围内可调，表面粗糙度与pH呈负相关。这些发现为开发智能响应材料提供了新思路。