一種釕配合物單分子膜和在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種釕配合物單分子膜和在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜 的方法，屬于分子自組裝化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)自組裝技術(shù)因其具有沉積過(guò)程和膜結(jié)構(gòu)分子級(jí)控制的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到廣 泛的重視。單分子層膜自組裝技術(shù)是通過(guò)溶液中的分子擴(kuò)散到浸泡在溶液中的基片上，使 它們發(fā)生物理吸附或化學(xué)作用，形成有序的分子組裝體系。自組裝制備超薄膜的技術(shù)，可用 在自組裝導(dǎo)電膜，如有聚苯胺和聚噻酚的組裝膜等；也可用于電致發(fā)光器件的制備，如表面 負(fù)性的CdSe粒子與聚苯乙炔（PPV)的前體組裝，得到納米級(jí)的PPV/CdSe膜，具有電致發(fā)光 性質(zhì)。另外，帶重氮基高分子的自組裝膜，在光、熱處理后膜間的弱鍵轉(zhuǎn)變?yōu)楣矁r(jià)鍵，還可得 到對(duì)極性溶劑穩(wěn)定、能夠用于測(cè)定光一電轉(zhuǎn)換等功能的膜。
[0003] 釕易于形成六配位的配合物且本身價(jià)態(tài)變化豐富，其溶解性好、穩(wěn)定性好、氧化還 原電位比較低、高的電化學(xué)發(fā)光效率和好的兼容性使其擁有優(yōu)良的電化學(xué)發(fā)光性能。釕配 合物熱力學(xué)穩(wěn)定性好、光化學(xué)光物理信息豐富、激發(fā)態(tài)反應(yīng)活性高和壽命長(zhǎng)及發(fā)光性能良 好。因此其目前被廣泛應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光，電子轉(zhuǎn)移，非線性光學(xué)材料，分子光開關(guān)，分子識(shí) 另IJ，傳感器等領(lǐng)域的研究。
[0004] 石墨烯（Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳 原子以sp 2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。 石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/ mK，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm 2/Vs，又比納米碳管或硅晶 體高，而電阻率只約10-8 Q cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低， 電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶 體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來(lái)制造透明觸控屏幕、光板、甚 至是太陽(yáng)能電池。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)在石墨烯上自組裝單分子膜的方法及其光電性能應(yīng)用的研究還未見 報(bào)道。公開的分子膜的自組裝方法主要有：[0006][0007][0008]目前，配合物的單分子膜自組裝法是一種有利于控制組裝結(jié)構(gòu)和形態(tài)的有效方 法，可在電極的表面通過(guò)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵而自發(fā)形成高度有序的單分子層。自組裝膜分 子排列有序緊密，但組裝過(guò)程復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，需在在干凈、密閉性較好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn) 行。而且，為使反應(yīng)物與基片活性部分快速、有效地反應(yīng)，配合物需在溶劑中有較好的溶解 度。因而設(shè)計(jì)發(fā)明一種可定向、自組裝過(guò)程簡(jiǎn)單且能形成穩(wěn)定性高、可重復(fù)性好的分子膜方 法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題及不足，本發(fā)明提供一種在石墨烯上自組裝單分子 膜的方法及其光電性能應(yīng)用。本發(fā)明中釕配合物分子中的芘基與具有電子環(huán)境的石墨 烯通過(guò)JI-JI相互作用，將釕配合物分子的兩個(gè)芘基固定在石墨烯界面，從而實(shí)現(xiàn)在石墨 烯基底上自組裝釕配合物單分子膜，本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，修飾均勻充分，在室溫下使用 簡(jiǎn)單容器即可操作，無(wú)需特殊條件和設(shè)備，經(jīng)修飾后的基片具有優(yōu)良的電化學(xué)活性，制備的 薄膜具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，薄膜的厚度可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方 案實(shí)現(xiàn)。
[0010] 一種釕配合物單分子膜，該釕配合物單分子膜中釕配合物中的芘基與具有n -電 子環(huán)境的石墨烯通過(guò)相互作用，將釕配合物分子的兩個(gè)芘基固定在石墨烯界面，該 釕配合物[Ru(Py4GJ\feBip0] (PF丄的化學(xué)通式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種釕配合物單分子膜，其特征在于：該釕配合物單分子膜中釕配合物中的芘基與 具有電子環(huán)境的石墨烯通過(guò)相互作用，將釕配合物分子的兩個(gè)芘基固定在石墨 烯界面，該釕配合物[Ru(Py4G2MeBip2)] (PF6)2的化學(xué)通式如下：
2. -種在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在于具體步驟如下： 步驟1、釕配合物溶液的配制：在干凈的容器中加入二氯甲烷，將釕配合物 [Ru(Py4G2MeBip2)]腫6)2溶解于二氯甲烷溶液中，制得釕配合物溶液； 步驟2、石墨烯分散液的配制：將SDS溶解于水中得到SDS水溶液，將石墨烯超聲分散 在SDS水溶液中，超聲波分散處理后離心分離除去底部殘?jiān)玫绞┓稚⒁海? 步驟3、ITO基片的預(yù)處理：將ITO基片浸沒于RCA溶液中，輕微震蕩除去氣泡后移至水 浴鍋內(nèi)進(jìn)行水浴加熱，加熱后取出ITO基片用超純水洗凈，惰性氣體吹干； 步驟4、石墨烯基底的制備：將經(jīng)步驟3預(yù)處理的ITO基片固定在旋凃儀上，滴加步驟 2中配置好的石墨烯分散液，啟動(dòng)旋涂?jī)x使石墨烯分散液在ITO基片上均勻鋪展成膜，室溫 放置使其自然干燥，用甲醇清洗基片除去SDS表面活性劑后用惰性氣體吹干得到石墨烯基 底； 步驟5、石墨烯基底定向組裝釕配合物制備單分子膜：將步驟4制備得到的石墨烯基底 浸沒于步驟1配置得到的釕配合物溶液中，輕微震蕩除去氣泡，在室溫下浸漬后取出，用二 氯甲烷清洗干凈后惰性氣體吹干，即制備得到釕配合物單分子膜，該經(jīng)釕配合物單分子膜 修飾的石墨烯電極作為陽(yáng)極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在 于：所述步驟1中釕配合物溶液的濃度為50yM。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在 于：所述步驟2中SDS水溶液濃度為2%，超聲分散處理時(shí)間為0. 5~1. 5h，離心分離時(shí)間為 l~3h，轉(zhuǎn)速為 15krpm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在 于：所述步驟3中RCA溶液為NH3,H202和超純水按1:1:5的體積比混合的溶液，水浴加熱溫 度為90°C，水浴加熱時(shí)間為0. 5~2h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在 于：所述步驟4中旋涂?jī)x的低速啟動(dòng)階段旋轉(zhuǎn)速率為150~200rpm，時(shí)間為3~5s，高速旋轉(zhuǎn)速 率為 700~800rpm，時(shí)間為 70~120s。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，其特征在 于：所述步驟5中的浸漬時(shí)間為10~24h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種釕配合物單分子膜和在石墨烯上自組裝釕配合物制備單分子膜的方法，屬于分子自組裝化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該在石墨烯上定向自組裝的釕配合物單分子膜，該釕配合物單分子膜中釕配合物中的芘基與具有π-電子環(huán)境的石墨烯通過(guò)π-π相互作用，將釕配合物分子的兩個(gè)芘基固定在石墨烯界面。首先配制釕配合物溶液，配制石墨烯分散液，然后將預(yù)處理的ITO基片固定在旋凃儀上，將配置好的石墨烯分散液基片上均勻鋪展成膜制備石墨烯基底，最后在石墨烯基底上定向組裝釕配合物制備單分子膜。本發(fā)明制備的薄膜具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，薄膜的厚度可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01G9-042, C01B31-04, H01G9-20
【公開號(hào)】CN104616895
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410838521
【發(fā)明人】王 華, 楊麗, 李孔齋, 魏永剛, 祝星
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日