自然界中的水污染和空气污染威胁着人类健康，因此，监测和祛除水和空气中的污染物具有重要意义。金属氧化物半导体是常用的光催化剂，也是气体传感器中的核心材料。然而单一组分半导体材料存在着较高的载流子复合率，限制了半导体材料性能。多金属氧酸盐（多酸）是一类骨架结构中含有钨、钼等过渡元素的无机多金属氧簇化合物，结构多样，物理化学性质优异，其能带结构与金属半导体类似，还是良好的电子接受体，可以与传统半导体构成异质结并有效促进半导体材料中载流子的迁移，从而提升半导体材料的性能。

近日，长春理工大学董相廷教授、王天奇副教授团队在期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》上，发表了最新研究成果“Polyoxometalate as pivotalinterface in SnO2@PW12@TiO2 coaxial nanofibers: From heterojunction design to photocatalytic and gas sensing applications”。研究者通过同轴静电纺丝技术，制备出一维的二氧化锡@磷钨酸@锐钛矿/金红石二氧化钛（SnO2@PW12@TiO2）三层同轴核壳纳米纤维（图1）。

图1：三层同轴纳米纤维的制备示意图。

磷钨酸作为中间层，与SnO2核层和TiO2壳层形成两个串联的异质界面，可有效促进载流子迁移。与无多酸层SnO2@TiO2核壳纳米纤维相比，SnO2@PW12@TiO2展现出更高的光催化降解盐酸四环素性能，在30分钟内降解率达到73.8%（图2），高于SnO2@TiO2核壳纤维（44.8%）。机理分析结果表明，磷钨酸层与SnO2核层和TiO2壳层以双Z型异质结存在。此外，对SnO2@PW12@TiO2纳米纤维的气体传感性能也做了深入研究，对丙酮气体展现出较高的灵敏度（比SnO2@TiO2核壳纤维提升了3.7倍），且选择性良好，在较长时间内性能稳定（图3）。此工作为开发高性能光催化剂和气体传感器提供了可参考的信息。

图2：SnO2@PW12@TiO2纳米纤维的光催化降解盐酸四环素性能。

创新点：通过一步静电纺丝法制备了SnO2@PW12@TiO2三层同轴纳米纤维。多酸作为重要的电子传递界面，与SnO2和TiO2两层之间形成了串联的双Z型异质界面，有效促进半导体材料中载流子迁移，提升了材料的光催化及气体传感性能。

图3：SnO2@PW12@TiO2纳米纤维的气体传感性能。

长春理工大学在读硕士生姜彬为该项研究成果的第一作者。本研究工作同时得到了中国科协青托工程、国家自然科学基金、吉林省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0925400523006433