聚合物导电材料作为一种兼具金属导电性与聚合物加工性的特殊材料，自被发现以来，在能源存储与转换、传感器、光电器件制造以及催化等领域展现出巨大的应用潜力[[1], [2], [3], [4]]。其中，聚苯胺因其结构多样、环境稳定性高、合成简单且原料成本低廉，已成为最具代表性的导电聚合物之一[[5], [6], [7]]。聚苯胺的分子结构由通过氮原子相连的还原态（苯并型）与氧化态（醌型）单元交替构成，形成了共轭链结构。它的电学、光学及化学性质很大程度上取决于其氧化态，这类氧化态可分为完全还原态（白绿苯胺，LE）、中间氧化态（EM）以及完全氧化态（PN）[[8], [9], [10]]。通过质子酸掺杂或化学氧化还原手段调控其固有物理性质，是聚苯胺得以广泛应用于气体传感器、超级电容器电极、电磁屏蔽材料以及光催化剂领域的关键[[11], [12], [13], [14]]。
另一方面，尽管聚苯胺作为一种重要的气体敏感材料，其气体吸附性能已得到广泛研究，但目前的研究大多集中于其对NH3和H2S等特定气体的传感特性。例如，郭等人利用密度泛函理论结合分子动力学模拟，构建了石墨烯/聚苯胺复合模型，研究发现该材料对NH3等气体具有很高的灵敏度和选择性[15]。同样，穆莱卡尔等人合成了聚苯胺-银纳米复合材料，该材料对100?ppm浓度的NH3具有52%的高灵敏度，响应时间仅15秒，且对其他气体的选择性也较强[16]。张等人还开发了一种基于聚苯胺/WO3/CuO三元复合材料的柔性气体传感器，该传感器在室温下对H2S的灵敏度可达31.3%（1?ppm浓度时），检测限为100?ppb，且选择性良好[17]。然而，目前还缺乏针对常见环境分子（O2、N2、H2O）在聚苯胺表面的吸附行为及其对该材料固有性质影响的系统研究。尤其是关于这些分子吸附后聚苯胺不同氧化态之间的结构关系，以及此类吸附如何影响其光催化过程的深入研究十分匮乏。这一基础研究的空白制约了在复杂环境条件下利用聚苯胺开展光催化应用的理论指导。
目前关于聚苯胺在光催化领域应用的研究仍处于初期阶段，相关研究数量远远少于金属氧化物和碳氮化物等传统无机光催化剂的研究[[18]]。大多数研究仅关注聚苯胺复合材料的光催化性能，而针对聚苯胺不同氧化态的光催化特性进行系统研究的情况则极为少见[[19]]。在材料复合方面，唐等人采用一步氧化聚合法制备了具有核壳结构的BiOCl/聚苯胺纳米片，利用超薄的聚苯胺层扩展了对可见光的响应范围，同时BiOCl核心有助于分离光生载流子，使得该材料降解罗丹明B的效率是纯BiOCl的三倍[20]。夏尔马等人开发的聚苯胺改性的Cu2+-Bi2O3材料也展现了显著提升的光催化性能，30分钟内即可实现97.21%的降解效率。乌斯曼等人通过原位聚合方法制备了聚苯胺@NiO复合光催化剂，由于聚苯胺对可见光吸收能力的增强以及NiO较好的载流子分离效果，该催化剂的催化性能也得到了显著提升[22]。
在理论模拟方面，近年来密度泛函理论计算已成为揭示材料表面吸附行为及电子结构演变的重要工具，它在研究石墨烯和金属氧化物等材料的气体敏感机制及催化机制方面取得了诸多成果[[19],[23],[24],[25]]。
我们研究小组之前的研究[19]发现，经过氧气处理的聚苯胺薄膜能够捕获水溶液中的氧分子并形成吸附体系。通过热催化实验可知，氧气处理会降低该材料的降解能力。在聚苯胺薄膜体系中，分子链容易发生构象变形，因而具有很强的氧分子吸附能力。然而，氧分子的吸附会同时抑制其红外光驱动光催化所必需的分子振动，进而限制整体的催化效率。基于上述研究结果，了解聚苯胺表面的分子吸附现象对于深入理解该材料的结构与性能之间的关系具有重要意义。本文在我们之前关于聚苯胺薄膜研究的基础上，进一步系统研究了吸附氧分子后分子变形程度较小的聚苯胺纳米颗粒，旨在解决氧分子吸附后聚苯胺薄膜催化效率下降的问题。这项研究为设计高效、稳定且适应性强 的聚合物光催化剂提供了重要的理论基础和实践指导。在本研究中，我们合成了具有不同氧化态表面的聚苯胺纳米颗粒，并研究了氧分子吸附对其光催化和热催化性能的影响。实验结果表明，与聚苯胺薄膜相比，聚苯胺纳米颗粒在氧分子吸附后的催化性能呈现不同的变化趋势，除中间氧化态的纳米颗粒外，其他氧化态的纳米颗粒催化效率均有所提升。
