电纺丝技术可控合成三氧化钼纳米材料用于三乙胺选择性检测：实验与理论研究

《Materials Today Communications》：Controllable synthesis of MoO 3 nanomaterials via electrospinning technology for selective triethylamine detection: Experimental and theoretical investigation

本文系统研究电纺丝技术调控三氧化钼（MoO3）纳米材料合成及其气敏性能，通过优化煅烧温度、时间和PVP浓度，成功制备出具有大比表面积（72.872 m2/g）和丰富氧空位的M-4传感器，实现对三乙胺（TEA）的高响应（56.4/100 ppm）、低检测限（401 ppb）及优异选择性，并结合DFT计算阐明其气敏机制。

　　

Highlight

材料

所有使用的试剂均为分析纯级别且无需进一步纯化。四水合钼酸铵（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP，分子量1,300,000）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）购自阿拉丁试剂有限公司（上海），草酸购自天津大茂化学试剂厂。

三氧化钼纳米材料的可控合成

本研究通过电纺丝-煅烧法合成MoO₃纳米材料（图1）。首先将0.5 mmol (NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶解于DMF中，加入1.0 g草酸作为螯合剂，随后加入不同质量的PVP（0.8 g、1.0 g、1.2 g）以调节前驱体溶液粘度。将混合溶液磁力搅拌12小时形成均匀纺丝液，通过电纺丝设备（电压18 kV，推进速率0.8 mL/h，接收距离15 cm）制备纳米纤维。所得前驱体纤维在空气氛围中以不同温度（400°C、450°C、500°C）和时间（1 h、2 h、3 h）进行煅烧，最终获得系列MoO₃纳米材料（标记为M-1至M-9）。

MoO₃样品的结构与形貌

通过扫描电子显微镜（SEM）对M-4样品的形貌特征进行分析（图3a&b）。如图S1所示，该温度下的质量损失行为对应于钼酸铵有机基团和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的完全氧化分解[27]。伴随有机物分解，逐渐形成1-2微米的MoO₃纳米片，这可能导致纳米片原有聚合物支撑结构的丢失及其堆叠程度的加剧。

结论

总而言之，本研究成功合成了具有高性能三乙胺（TEA）监测能力的MoO₃纳米材料。通过研究不同合成条件下材料结构形貌的调控机制，发现优化条件下制备的M-4传感器展现出显著优势：高响应性（56.4/100 ppm）、低检测限（401 ppb）、优异选择性和重现性。这归因于材料的大比表面积、丰富氧空位和高活性晶面的协同作用。