以二維膠體晶體為模板構(gòu)筑的二維有序金屬有機框架薄膜及其性質(zhì)研究.pdf

1、金屬有機框架化合物(MOFs)作為一種新型的多孔晶態(tài)材料，因其具有較大比表面積和孔隙率、分子層次上精確可調(diào)的孔道尺寸等優(yōu)點，在氣體存儲和分離、藥物控釋、多相催化和傳感領(lǐng)域應用廣泛。而膠體晶體，尤其是二維膠體晶體（也稱為單層膠體晶體，MCC），具有制備成本低、可重復性好及光學性質(zhì)獨特等特點。將上述二者結(jié)合，發(fā)展新型功能材料引起了研究者的廣泛關(guān)注，然而在光學傳感和多功能超結(jié)構(gòu)制備領(lǐng)域仍無明顯突破。本論文通過原位生長法制備了表面包覆超薄MOF

2、的MCC復合結(jié)構(gòu)、多功能MOF超結(jié)構(gòu)、MOF空心納米殼陣列，探討了其形成過程，表征了其光學傳感性能和分離性能，并研究了其微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系。
　　1、表面包覆超薄MOF的MCC傳感器的制備及性能研究
　　因其結(jié)構(gòu)靈活性和優(yōu)異的吸附性能，MOF已成為同時具有高靈敏度和優(yōu)異選擇性的化學傳感材料，但制備具有高效傳感性能的MOF傳感器仍面臨重大挑戰(zhàn)。為此，我們制備了一種基于表面包覆超薄MOF的MCC的高效光學傳感器件，此傳感器

3、可根據(jù)不同蒸汽環(huán)境下有效折射率的變化輸出高效可讀信號。整個過程中存在兩種可單獨作為信號轉(zhuǎn)換的光學模式，分別為光子晶體本征模和法布里-珀羅震蕩。研究表明，該器件對水、乙腈以及一系列醇類蒸汽具有選擇性光譜響應，且同時可通過肉眼進行鑒別，這很大程度上歸因于MOF材料的優(yōu)異吸附特性。該器件具有超快響應速率(＜5s)、優(yōu)異的循環(huán)性和線性響應濃度范圍寬等優(yōu)點。進一步的研究表明，器件的靈敏度與MOF膜層厚度密切相關(guān)。由于分析物可快速擴散并吸附到MOF

4、晶體孔內(nèi)且信號可以有效轉(zhuǎn)換，因此，本工作中所組裝的傳感器的傳感性能在本質(zhì)上有了明顯的提高，這一發(fā)現(xiàn)為基于MOF的傳感器的設(shè)計和應用開辟了新篇章。
　　2、MCC表面不對稱生長法構(gòu)筑多功能MOF超結(jié)構(gòu)及其性能研究
　　在本工作中，我們通過在氣液界面的MCC上不對稱生長MOF連續(xù)薄膜制備了多功能MOF超結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對MOF超結(jié)構(gòu)空間排布、結(jié)構(gòu)層次和整體維度的同時控制。這種氣液界面生長方法賦予MOF超結(jié)構(gòu)前所未有的可轉(zhuǎn)移性，促進了

5、MOF超結(jié)構(gòu)薄膜與其它功能表面的復合，基于這一MOF連續(xù)薄膜成功制備了具有器件應用前景的多層超結(jié)構(gòu)和有機/無機復合結(jié)構(gòu)薄膜。相比無序結(jié)構(gòu)，這種MOF超結(jié)構(gòu)具有周期性和層次多孔結(jié)構(gòu)的特點，因此在蒸汽傳感、水相中染料去除和顆粒篩選方面表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。本工作不僅提供了一種可在微觀和宏觀尺度有效構(gòu)筑MOF超結(jié)構(gòu)的方法，而且提出了通過物理構(gòu)筑形式的調(diào)節(jié)控制材料性能的有效途徑。
　　3、以MCC為模板制備MOF空心納米殼陣列及傳感性能研究

6、
　　我們以O(shè)2等離子刻蝕后的非密堆積MCC為模板，采用原位生長法制備了大面積的超薄MOF空心納米殼陣列。基于共軛兩相調(diào)節(jié)(conjugate twin-phasemodulation，CTPM)和等離子體寬帶吸收（plasmonic broadband absorber，PBA）理論，在其表面噴涂一定厚度的Pt，可使其顏色飽和度明顯增強。實驗證明，MOF空心納米殼陣列微觀上集合了多孔超薄MOF薄膜傳感響應迅速及基于CTPM-PB