[发明专利]一种共价有机-无机杂化超晶格材料作为化学电阻型气敏材料的应用

说明书

本申请公开了一种共价有机‑无机杂化超晶格材料作为化学电阻型气敏材料的应用。所述共价有机‑无机杂化超晶格材料包括有机亚晶格层和无机亚晶格层；所述有机亚晶格层为由二取代芳基形成的网络结构；所述无机亚晶格层为由M、X形成的网络结构，所述M和所述X的摩尔比为1:2，其中，M选自IVB族、VB族、VIB族、VIII族、IB族、IIB族、IIIA族、IVA族金属元素中的任一种，X选自S元素、Se元素、Te元素中的任一种；所述有机亚晶格层和所述无机亚晶格层交替堆叠；所述有机亚晶格层和所述无机亚晶格层之间通过C‑X共价键连接。所述应用具有更高的热和化学稳定性，以及高的选择性、敏感性。

技术领域

本申请涉及一种共价有机-无机杂化超晶格材料作为气体传感器的应 用，属于化学传感器技术领域。

背景技术

两个不同半导体子晶格的周期性和交替堆叠导致超晶格的形成。电子 波函数的亚晶格间重叠赋予这些人造材料特殊和可调的电子结构，促进它 们在以II型超晶格光电探测器和量子级联激光器为代表的电子和光电子 学中的应用。III-V和IV族半导体一直是超晶格研究早期的主要材料体系。

近年来，由交替重叠的无机和有机亚晶格组成的有机-无机杂化超晶格 已经出现，并表现出具吸引力的物理和化学性质，目前备受关注。有机亚 晶格的加入极大地扩展了超晶格的结构多样性。同时，有机-无机协同效应 赋予有机-无机杂化超晶格更通用的特性，尤其是那些涉及化学应用的特 性。例如，将Fe-卟啉和Fe-酞菁结合到层状催化化合物中为可接近的活性 位点提供了更多空间，而有机和无机亚晶格之间的电荷转移提供了更高的 活性和稳定性，从而增强了电催化性能。有机-无机杂化超晶格也成功应用 于能量存储、热电、光催化以及最近的化学传感等。

为了将有机亚晶格与半导体无机亚晶格有序结合，已经开发了一系列 合成方法，例如通过原子级单晶超晶格的自下而上构造、块状层状材料的 插层或分层的重新组装为层状材料。第一种策略产生更有序排列的异质结 构，具有清晰的有机-无机界面和最少的缺陷。例如IIB-VI和VIIB-VI族 杂化半导体[MQ(L)_x](M＝Zn、Cd、Mn等；Q＝S、Se、Te等；L＝胺) 和层状钙钛矿(RNH₃)BX₄(B＝Pb、Sn；X＝Cl、Br、I)。然而，在包括 单晶的在内的多数报道的有机-无机杂化超晶格中，有机和无机亚晶格之间 的连接是弱的非共价相互作用，例如配位键、氢键和静电相互作用，这不 仅导致较差的热-/化学稳定性，还存在弱的子晶格间电子耦合。弱电子耦 合阻碍了亚晶格间载流子传输和表面扰动可能的信号转换，因此阻碍了有 机-无机杂化超晶格在涉及电荷的化学应用中的使用。

最近，以金属氧化物纳米板通过共价键由苯相互连接的共价有机-无机 杂化超晶格(金属锥合金)已被Zncone报道。在该超晶格中，π共轭的有 机亚晶格层和无机亚晶格层之间显示出良好的稳定性和强电子波函数重 叠。然而已报道的金属锥合金是通过低效且昂贵的气相沉积技术制备的。 因此，当前非常需要一种用于简单制备具有共价亚晶格间连接的有机-无机 杂化超晶格的新合成策略。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种共价有机-无机杂化超晶格材料作为 化学电阻型气敏材料的应用，所述有机-无机杂化超晶格材料的有机和无机 亚晶格之间通过共价连接，存在通过键电荷传输的可能性，从而提供比非 共价有机无机杂化超晶格更好的亚晶格间电子传输，且具有更高的热和化 学稳定性。

一种共价有机-无机杂化超晶格材料作为化学电阻型气敏材料的应用， 所述共价有机-无机杂化超晶格材料包括有机亚晶格层和无机亚晶格层；

所述有机亚晶格层为由二取代芳基形成的网络结构，所述二取代芳基 的C原子数为6～16，所述二取代芳基具有中心对称结构；

所述无机亚晶格层为由M、X形成的网络结构，所述M和所述X的 摩尔比为1:2，其中，M选自IVB族、VB族、VIB族、VIII族、IB族、 IIB族、IIIA族、IVA族金属元素中的任一种，X选自S元素、Se元素、 Te元素中的任一种。