基于LDHs二維限域環(huán)境的共插層復合光電材料的設計、構筑及性能研究.pdf

1、層狀復合雙金屬氫氧化物(LDHs)是一類典型的二維層狀納米材料。由于其層間客體離子的可交換性，通過調變層間客體分子的種類及比例，目前已經發(fā)展出了種類繁多的功能插層材料。插層到LDHs層間的客體分子性能可以得到穩(wěn)定和強化，甚至會出現(xiàn)新的功能。這一類功能插層材料已經廣泛地應用于光、電、磁以及生物醫(yī)藥領域，其中有些性能穩(wěn)定的插層材料已經實現(xiàn)了工業(yè)化。正是由于LDHs的二維限域作用，使得層間客體分子表現(xiàn)出了多種獨特性能，這為開發(fā)新型功能材料提供

2、了一種有效途徑。因此，開發(fā)基于LDHs二維限域環(huán)境的新型功能材料仍然值得人們進一步地研究。
　　本文采用共插層方法將一系列的有機小分子電子供/受體引入LDHs層間，制備了具有二維限域光電轉化性質的新型光催化材料。采用共插層方法調節(jié)了LDHs層間熒光分子的發(fā)光性能，制備了具有熒光檢測性能的新型的熒光檢測器件。采用共組裝方式將有機聚合物電子供/受體半導體材料組裝到LDHs層間，實現(xiàn)了層間聚合物分子的有序排列及光電轉化性能的提升。主要工

3、作如下:
　　1.DAS（4，4'-二氨基二苯乙烯-2，2'-二磺酸）和DNS（4，4'-二硝基二苯乙烯-2，2'-二磺酸）陰離子共插層粉體材料的合成與光電化學分解水性能:采用水熱共沉淀法，制備得到了大范圍比例組成可調的DAS(x％)-DNS/LDHs層間完全固溶體粉體。LDHs層間客體DAS和DNS因π-π相互作用呈單層平行方式有序排列。DAS(50％)-DNS/LDHs共插層粉體的熒光實現(xiàn)了淬滅，說明發(fā)生了光致電荷轉移。估算層

4、間DAS和DNS的能級，其匹配程度符合光致電荷轉移條件。DAS(50％)-DNS/LDHs共插層粉體在可見光區(qū)的吸收范圍得到了拓寬，這有利于對太陽光的利用。進一步制備成薄膜器件，薄膜表面均勻而連續(xù)，厚度大約為2.0μm。這一薄膜器件作為光陽極進行光電化學分解水測試，發(fā)現(xiàn)該薄膜材料發(fā)生光致電荷轉移產生的電子和空穴可以導出，并且可以在中性條件下光電化學分解水產生氫氣和氧氣。
　　2.CuPcTS（酞菁銅四磺酸）和PTCB（3，4，9，

5、10-四羧酸）陰離子共插層粉體材料的合成與光催化性能:采用水熱共插層法制得了組成可調的CuPcTS-PTCB(x％)/LDHs層間完全固溶體粉體。這一新型的共插層納米材料實現(xiàn)了光吸收范圍的拓寬，這有利于對太陽光的充分吸收。能級估算，確定層間CuPcTS和PTCB的能級匹配，可以發(fā)生光致電荷轉移。CuPcTS和PTCB分子在形狀和尺寸上的相似性，以及在LDHs層間有序的π-π堆積，有利于光致電荷轉移的發(fā)生。光降解染料研究發(fā)現(xiàn)，光致電荷轉移

6、產生的電子和空穴對有機染料具有光催化活性，并且具有良好的穩(wěn)定性。另外帶正電的LDHs層板對帶負電的染料的吸附可以加速降解速率。這一新型的光催化材料在環(huán)境污染治理方面具有潛在的應用。
　　3.PBS(2-苯基苯并咪唑-5-磺酸)和DES（癸烷磺酸）共插層粉體的制備:通過水熱共沉淀的方法，制備得到PBS(x％)-DES/LDHs共插層光功能材料，調變層間PBS和DES的比例，優(yōu)化其發(fā)光強度，得到了具有良好藍光(402nm)發(fā)射性能的P

7、BS(15％)-DES/LDHs共插層材料。將共插層粉體制備成光功能薄膜器件，實現(xiàn)了對AXP、GXP、UXP和CXP類核苷酸的快速選擇性檢測，可以重復使用多達五次。檢測機理為LDHs層間PBS分子和核苷酸分子之間的氫鍵相互作用，影響了該薄膜的熒光性能。由于LDHs層板的正電性質，所以該薄膜對帶不同負電量的核苷酸的熒光響應具有選擇性。因此，PBS(15％)-DES/LDHs薄膜是一種新型的核苷酸分子檢測器件。
　　4.PCDTBT(

8、聚[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7-二基]-2，5-噻吩二基-2，1，3-苯并噻二唑-4，7-二基-2，5-噻吩二基）和CN-PPV(聚(5-(2-乙基己氧基)-2-甲氧基-氰基對苯二亞甲基）共組裝薄膜的制備:通過層層組裝方法，成功將中性共軛聚合物電子給/受體:PCDTBT和CN-PPV共組裝獲得了(PCDTBT@CN-PPV/LDHs)n UTFs共組裝薄膜，組裝層數(shù)可達20層，薄膜表面均勻而連續(xù)。共組裝薄膜在可見光區(qū)吸收范

9、圍得到了有效的拓寬，有利于對光譜的利用。進一步測試電子供受體的能級結構，發(fā)現(xiàn)層間客體PCDTBT和CN-PPV符合電子供/受體條件，可發(fā)生光致電荷轉移，這也是共組裝薄膜熒光淬滅的原因。進一步研究其光電導性能，發(fā)現(xiàn)該薄膜光電流on/off比率達到120以上，光電流響應時間和恢復時間都小于0.1s，光電流對入射光波長和光功率密度具有良好的相關性。同時該薄膜器件在柔性襯底上也具有良好的光電流響應性能。LDHs層板的限域作用可以有效地提高層間分