可靠的能量自供应和可拉伸性是实现便携式气体检测的重大挑战。近日，武汉大学电子信息学院刘兴海教授团队在国际知名期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》（IF=23.2）上发表了题为“Flexible, stable and self-powered two-dimensional layered nanocomposites (PANI@MoS2) for trace ammonia gas detection”的学术研究论文。该研究创新性地用水热法与原位生长技术，合成了一种具有自供电和气敏传感双重功能的二维层状PANI@MoS2复合材料，首次实现了该材料在超级电容器与氨气检测中的联合应用。

通过在MoS₂层间嵌入NH₄⁺并促使聚苯胺（PANI）原位生长，刘兴海团队制备出高比表面积和丰富反应活性位点的二维层状MoS₂，显著提升了复合材料的电化学性能。在1 A/g的电流密度下，该PANI@MoS₂复合材料电极的比电容达到838.7 F/g，是单一PANI材料的2.7倍。进一步优化的非对称超级电容器在能量密度（72.9 Wh/kg）和功率密度（88.3 W/kg）方面也表现出色，并在高达10 A/g的电流密度下经过5000次充放电循环后保持了超过91%的容量稳定性。

The synthesis process of two different MoS₂ nanosheets and the fabrication of PANI@MoS₂ (PM) as well as PANI-PSS@MoS₂ (PPM) sensor film

此外，该复合材料还表现出优异的气敏性能。在920秒内对10 ppm NH₃的响应值超过47%，且恢复时间低至31秒。该材料具有极高的选择性、温湿度稳定性、机械柔性以及长达60天的存储稳定性，理论检测限低至0.662 ppb，远优于传统气敏材料。

最终，研究团队将所制备的超级电容器驱动的NH₃传感薄膜与LED灯结合，成功实现了对腐败食品和病患呼出气体中氨气浓度的半定量实时检测。这一基于PANI@MoS₂的自供电气敏传感器设备，预计将在柔性可穿戴传感器领域发挥重要作用，为环境监测和健康监测提供新的解决方案。

在2024年中，团队在气体传感器与储能器件等方面取得了显著进展，其中包括可用于远程监测虾类腐败的掺杂Lewis酸的PEDOT:PSS传感器（Chemical Engineering Journal 2024, 493, 152652）；基于P-N异质结响应机制制备的聚吡咯@锌卟啉无线氨敏传感器（Sensors & Actuators: B. Chemical 2024, 399, 134862）；以及具有高循环寿命和能量密度的PANI基VO₂柔性超级电容器（Journal of Colloid and Interface Science 2024, 664, 53–62）

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-024-01204-x