CN101054007A - 有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机复合膜 - Google Patents
有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机复合膜 Download PDFInfo
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Abstract
有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机薄膜,涉及有机-无机薄膜及其制备方法。该薄膜采用XW12(X=B,Si,P)或[M4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-(M=Co,Cu,Zn,Mn)和有机染料Bismarck Brown Y,Azure A和Basic Blue3,通过层层自组装法制备而成。该薄膜具有多金属氧酸盐的丰富的化学性能,又具有有机染料的性能,在化学修饰电极和光学材料方面有潜在应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机-无机复合薄膜,尤其涉及一种有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机复合膜。
背景技术
随着电子和信息科学的飞速发展,人们对材料科学的研究得到快速地发展,这也就要求器件需要微型化、多功能化、集成化等。然而单一物种组成制备的材料很难同时满足多种需要。而有机-无机复合膜将有机物和无机物在分子水平上进行结合,使材料即具有有机物的柔性特征又具有无机物的刚性性能。目前,有机-无机复合膜由于其在工业上具有潜在的应用而得到了广泛的研究。有机染料分子由于具有共轭的结构体系,使其在非线性光学、全息摄影术、数据储存和有机发光二极管具有潜在的技术应用。比如,有机染料由于在可见光区有很强的吸收,因而可以敏化具有大带宽的半导体材料,这就使它们在光能转换得到应用。还有我们使用的可录式光盘(CD-R),其记录层主要是有机染料薄膜做成的。多金属氧酸盐(Polyoxometalates,POMs),作为一类典型的无机金属氧簇化合物,具有丰富的结构、化学和物理上的性能,因而它在催化、医药和材料化学等领域具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。然而它们的这些潜力应用需要其薄膜的制备。层层自组装法是构筑有机-无机复合膜的一种有效方法。这种方法交替浸入到阴离子和阳离子的溶液中。利用层层自组装法,以POMs作为无机阴离子,简单的链状有机物为阳离子,制备了一系列的POMs-有机自组装超分子薄膜。但是,据我们所知,目前人们对有机染料和多金属氧酸盐的复合膜研究还相对较少。一般来说,水溶性的有机染料都是具有芳香环带电的染料分子,多金属氧酸盐是一类带有负电荷的大的无机簇合物。
发明内容
本发明的目的是制备一种有机染料和多金属氧酸盐和的有机-无机复合膜。
本发明是通过以下技术方案实现的,方法如下:首先,对石英玻璃片或玻碳电极进行清洗处理,用蒸馏水洗净,氮气吹干;然后将处理后的石英玻璃片或玻碳电极浸入到聚乙烯亚胺(PEI)溶液中阳离子化;再把经过阳离子化的基片交替浸入到多金属氧酸盐(POMs)的溶液和有机染料溶液中20min,每个沉浸步骤取出后用蒸馏水洗净,氮气吹干,循环这个步骤,即可制得不同层数的有机染料-多金属氧酸盐复合膜。
本发明采用的多金属氧酸盐为XW12O40(X=B,Si,P)或过渡金属取代的[M4II(H2O)2(PW9O34)2]10-u(M=Co,Cu,Zn,Mn)。
本发明采用的三种阳离子有机染料为Bismarck brown Y(BBY),Azure A(AzA),Basic Blue 3(BB3)其结构式如下。
本发明制备的有机染料-多金属氧酸盐复合膜是首次合成的。这种复合膜即具有多金属氧酸盐丰富的电化学性能,又具有有机染料的特点,是一种具有多功能化的复合型的薄膜;尤其是用有机染料作为有机阳离子,该复合膜有望在光学材料上得到应用。
具体实施方式
实施例1:(BW12/BBY)n多层有机-无机薄膜的制备
首先,对石英片进行清洗:将石英玻璃片置于98%H2SO4与30%H2O2(7∶3v/v)的混合液中于80℃下浸渍处理40min,取出后用蒸馏水洗净;再浸入H2O∶H2O2∶NH3=5∶1∶1(v/v/v)的混合液中于80℃下浸渍处理20min,取出后用蒸馏水洗净,氮气吹干,即得到成膜待用基片。
再将基片进行PEI阳离子化:将经过前述处理程序的基片浸入10mg/mL的聚乙烯亚胺PEI溶液中放置20min,取出后用蒸馏水洗净,氮气吹干。
然后再把经过PEI阳离子化的基片,交替地浸入4.0×10-2M的BW12溶液和1.0×10-3M BBY溶液中,分别放置20min,每个沉浸步骤取出后用蒸馏水洗净,氮气吹干;重复循环以上步骤即可制得所需的(BW12/BBY)n多层有机-无机薄膜。
薄膜的紫外可见光谱表征在美国PerkinElmer公司生产的Lambda-35型的紫外可见光谱仪。紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长257nm和470nm处BW12/BBY的吸光度随着层数的增加而线性的增大,说明制备的薄膜具有良好的均匀增长性。
薄膜的原子力显微镜表征在美国NanoScope IIIa(Digital Instruments,Inc.),采用轻敲模式,扫描范围1.0×1.0μm2。表征结果表明薄膜表面都很均匀,(BW12/BBY)4和(BW12/BBY)4-BW12薄膜表面粗糙度(RMS)分别为1.532nm和2.022nm。薄膜(BW12/BBY)4-BW12表面粗糙度比(BW12/BBY)4大,说明薄膜的成功制备。
实施例2:([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)n多层有机-无机薄膜的制备
合成步骤与测试步骤参照实施例1。其中PEI阳离子化的基片的浸入溶液采用5.0×10-3M的[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-溶液。
紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长250nm和468nm处[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY的吸光度随着层数的增加而线性的增大,说明制备的薄膜具有良好的均匀增长性。原子力显微镜表征结果说明薄膜表面都很均匀,([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)4和([Co4II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)4-[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-薄膜表面粗糙度(RMS)分别为0.971nm,1.694nm(1.0×1.0μm2。薄膜([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)4表面粗糙度比([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)4-[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-大,说明薄膜的成功制备。
实施例3:(BW12/AzA)n多层有机-无机薄膜的制备
合成步骤与测试步骤参照实施例1。其中基片的浸入有机染料采用0.5×10-3M AzA溶液。
紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长250nm、285nm和594nm处BW12/AzA的吸光度随着层数的增加而线性的增大,说明制备的薄膜具有良好的均匀增长性。
薄膜的原子力显微镜表征结果说明薄膜表面都很均匀,(BW12/AzA)4和(BW12/AzA)4-BW12薄膜表面粗糙度(RMS)分别为1.324nm,1.715nm。薄膜(BW12/AzA)4-BW12表面粗糙度比(BW12/AzA)4大,说明薄膜的成功制备。
实施例4:([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)n多层有机-无机薄膜的制备
合成步骤与测试步骤参照实施例3。其中PEI阳离子化的基片的浸入溶液采用5.0×10-3M的[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-溶液。
紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长247nm、285nm和584nm处[Co4II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA的吸光度随着层数的增加而线性的增大,说明制备的薄膜具有良好的均匀增长性。原子力显微镜表征结果说明薄膜表面都很均匀,([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)4和([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)4-[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-薄膜表面粗糙度(RMS)分别为3.373nm,4.845nm。薄膜([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)4表面粗糙度比([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)4-[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-大,说明薄膜的成功制备。
实施例5:(BW12/BB3)n多层有机-无机薄膜的制备
合成步骤与测试步骤参照实施例1。其中基片的浸入有机染料采用0.5×10-3M BB3溶液。
紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长260nm、615nm和670nm处BW12/BB3的吸光度随着层数的增加而增大,说明薄膜成功制备。
薄膜的原子力显微镜表征结果说明薄膜表面都很均匀,(BW12/BB3)4-BW12薄膜表面粗糙度(RMS)为3.154nm。
实施例6:([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BB3)n多层有机-无机薄膜的制备
合成步骤与测试步骤参照实施例5。其中PEI阳离子化的基片的浸入溶液采用5.0×10-3M的[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-溶液。
紫外可见光谱表明制备的薄膜在波长255nm、615nm和665nm处[Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BB3的吸光度随着层数的增加而增大,说明薄膜成功地制备。
薄膜的原子力显微镜表征结果说明薄膜表面都很均匀,([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BB3)4-[Co4II(H2O)2(PW9O34)2]10-薄膜表面粗糙度(RMS)为3.154nm。
Claims (8)
1.一种有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机薄膜,其特征在于:该薄膜由有机染料Bismarck Brown Y或Azure A或Basic Blue 3和多金属氧酸盐XW12(X=B,Si,P)组成。
2.如权利要求1所述的有机-无机薄膜,其特征在于:所述的XW12由[M4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-(M=Co,Cu,Zn,Mn)代替。
3.如权利要求1所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为(BW12/BBY)n多层有机-无机薄膜。
4.如权利要求1所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BBY)n多层有机-无机薄膜。
5.如权利要求1所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为(BW12/AzA)n多层有机-无机薄膜。
6.如权利要求1所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为(BW12/BB3)n多层有机-无机薄膜。
7.如权利要求2所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/AzA)n多层有机-无机薄膜。
8.如权利要求2所述的有机-无机薄膜,其特征在于:该有机-无机薄膜为([Co4 II(H2O)2(PW9O34)2]10-/BB3)n多层有机-无机薄膜。
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CN 200610074600 CN101054007A (zh) | 2006-04-11 | 2006-04-11 | 有机染料和多金属氧酸盐自组装的有机-无机复合膜 |
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CN104112820A (zh) * | 2013-04-18 | 2014-10-22 | 东北师范大学 | 一种基于多金属氧酸盐的复合薄膜 |
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CN104112820A (zh) * | 2013-04-18 | 2014-10-22 | 东北师范大学 | 一种基于多金属氧酸盐的复合薄膜 |
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