CN112661991A

CN112661991A - 一种由四巯基苯制备的导电MOFs薄膜材料及其制备方法

Info

Publication number: CN112661991A
Application number: CN202011412335.6A
Authority: CN
Inventors: 王帅; 董俊杰; 陈欣; 吴凡
Original assignee: Fudan University; Zhuhai Fudan Innovation Research Institute
Current assignee: Fudan University; Zhuhai Fudan Innovation Research Institute
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明属于功能薄膜技术领域，具体为一种由四巯基苯制备的导电MOFs薄膜材料及其制备方法。本发明方法包括：采用硅片作为基底，除去表面残留的杂质；配置四巯基苯的氯代苯溶液和金属盐的水溶液；使用匀胶机，将金属盐溶液均匀地滴在硅片上，低转速下将多余的盐溶液甩飞，再将四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，使其完全覆盖住金属盐溶液；反应结束后，在高转速下将剩余溶液甩飞，即得到导电MOFs薄膜材料，其电导率为σ=10~100 S/cm。本发明用制备了一种基于四巯基苯的新型导电MOFs薄膜，薄膜表面连续且平整，拓宽了其应用领域。

Description

一种由四巯基苯制备的导电MOFs薄膜材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能薄膜技术领域，具体涉及一类基于四巯基苯（BTT）制备的导电MOFs薄膜材料及其制备方法。

背景技术

金属有机框架（Metal Organic Frameworks，MOFs），也称配位聚合物，是一类由有机配体和无机金属离子（或簇）通过配位键自组装杂化形成的高度有序的多孔晶体材料，在物理、化学、材料等领域引起广泛关注。它结合了有机和无机材料的特点，通过选择合适的有机配体和金属可以设计和合成理想的框架结构和功能性材料。此外，它具有高比表面积、可调控的孔尺寸、易功能化和丰富的活性位点等特点，成为非常有前景的功能材料。将不同的配体和金属在在几何结构中有不同的排列组合，使得MOFs具有丰富多样的结构特性，这种多样的结构，拓展了这类材料在不同领域应用的可能性。

与块状材料相比，近年来制备小型化的MOFs已成为当前MOFs化学合成中最有益的策略之一，通过赋予MOFs适合在制造器件应用中的形态，拓宽其应用前景。但是大多数MOFs是不导电的，而且缺少制备大面积薄膜MOFs的方法，因此限制了它的应用。基于以上问题，本发明提供了一类基于四巯基苯（BTT）制备的新型导电MOFs薄膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供连续、平整、导电性能好的导电MOFs薄膜材料及其制备方法。

本发明提供的导电MOFs薄膜材料，是由四巯基苯（BTT）制备的，制备的具体步骤如下：

（1）采用硅片作为基底，将硅片剪切成小于4 cm²（如2-4 cm²）的正方形或者圆形，在水中浸泡2小时以上（如2-3小时），以除去表面残留的杂质；

（2）配置1-10 mM四巯基苯的氯代苯溶液和5-50 mM 金属盐的水溶液；

（3）将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上（如2-5 min）。反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将剩余溶液甩飞。这样就可得到导电MOFs薄膜材料，记为M- BTT，M为所述的金属，测其电导率为σ= 10~100 S/cm。

本发明中，所述金属优选Fe、Ni、Cu或Zn。

本发明提供了一种新型的导电MOFs材料配体-四巯基苯。此种配体可以在常温下与一些常见的过渡金属盐快速配位，并在界面限域的作用下生成高导电MOFs薄膜材料。

附图说明

图1 BTT结构示意图。

图2 M-BHT（M指Fe、Ni、Cu、Zn）的结构示意图。

图3 M-BHT（M指Fe、Ni、Cu、Zn）的光学显微镜示意图。

图4 M-BHT（M指Fe、Ni、Cu、Zn）的I-V曲线图。

具体实施方式

实施例1

步骤1：将切好的硅片在水中浸泡2小时以上，以除去表面残留的杂质；

步骤2：配置2 mM四巯基苯/氯代苯溶液和10 mM FeCl₃/水溶液，超声使其完全溶解。

步骤3：将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上。反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将溶液甩飞。这样就可得到导电MOFs薄膜材料，记为Fe- BTT，取出后蒸镀上电极，采用两电极法测试导电率，在10V电压下出现60uA的电流，其导电率为σ= 69 S/cm。

实施例2

步骤2：配置10 mM四巯基苯/氯代苯溶液和50 mM NiCl₂/水溶液，超声使其完全溶解。

步骤3：将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上。反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将溶液甩飞。这样就可得到导电MOFs薄膜材料，记为Ni- BTT，取出后蒸镀上电极，采用两电极法测试导电率，在10 V电压下出现200 uA的电流，其导电率为σ= 96 S/cm。

实施例3

步骤2：配置1 mM四巯基苯/氯代苯溶液和5 mM CuCl₂/水溶液，超声使其完全溶解。

步骤3：将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上。反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将溶液甩飞。这样就可得到导电MOFs薄膜材料，记为Cu- BTT，取出后蒸镀上电极，采用两电极法测试导电率，在6 V电压下出现15 uA的电流，其导电率为σ= 43 S/cm。

实施例4

步骤2：配置1 mM四巯基苯/氯代苯溶液和5 mM ZnCl₂/水溶液，超声使其完全溶解。

步骤3：将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上。反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将溶液甩飞。这样就可得到导电MOFs薄膜材料，记为Cu- BTT，取出后蒸镀上电极，采用两电极法测试导电率，在10 V电压下出现4 uA的电流，其导电率为σ= 11 S/cm。

Claims

1.一种由四巯基苯制备的导电MOFs薄膜材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）采用硅片作为基底，将硅片剪切成小于4 cm²的正方形或者圆形，在水中浸泡2小时以上，以除去表面残留的杂质；

（3）将清洗好的硅片放置在匀胶机上，用移液枪将配置好的金属盐溶液均匀地滴在硅片上，然后开启匀胶机，在低转速下将多余的盐溶液甩飞，再用移液枪将配置好的四巯基苯溶液滴加在金属盐溶液上方，并使其完全覆盖住金属盐溶液，静置反应2 min以上；反应结束后，启动匀胶机，在高转速下将剩余溶液甩飞，即得到导电MOFs薄膜材料，记为M- BTT，M为所述的金属，其电导率为σ= 10~100 S/cm。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述金属为Fe、Ni、Cu或Zn。

3.一种由权利要求1或2所述制备方法得到的四巯基苯制备的导电MOFs薄膜材料。