基于LDHs二維限域環(huán)境的共插層復(fù)合光電材料的設(shè)計(jì)、構(gòu)筑及性能研究.pdf

1、層狀復(fù)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(guò)調(diào)變層間客體分子的種類及比例，目前已經(jīng)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(qiáng)化，甚至?xí)霈F(xiàn)新的功能。這一類功能插層材料已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于光、電、磁以及生物醫(yī)藥領(lǐng)域，其中有些性能穩(wěn)定的插層材料已經(jīng)實(shí)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(dú)特性能，這為開(kāi)發(fā)新型功能材料提供

2、了一種有效途徑。因此，開(kāi)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(jìn)一步地研究。
　　本文采用共插層方法將一系列的有機(jī)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(zhuǎn)化性質(zhì)的新型光催化材料。采用共插層方法調(diào)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(cè)性能的新型的熒光檢測(cè)器件。采用共組裝方式將有機(jī)聚合物電子供/受體半導(dǎo)體材料組裝到LDHs層間，實(shí)現(xiàn)了層間聚合物分子的有序排列及光電轉(zhuǎn)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(xué)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(diào)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(shí)現(xiàn)了淬滅，說(shuō)明發(fā)生了光致電荷轉(zhuǎn)移。估算層

4、間DAS和DNS的能級(jí)，其匹配程度符合光致電荷轉(zhuǎn)移條件。DAS(50％)-DNS/LDHs共插層粉體在可見(jiàn)光區(qū)的吸收范圍得到了拓寬，這有利于對(duì)太陽(yáng)光的利用。進(jìn)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(yáng)極進(jìn)行光電化學(xué)分解水測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該薄膜材料發(fā)生光致電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的電子和空穴可以導(dǎo)出，并且可以在中性條件下光電化學(xué)分解水產(chǎn)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(diào)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(shí)現(xiàn)了光吸收范圍的拓寬，這有利于對(duì)太陽(yáng)光的充分吸收。能級(jí)估算，確定層間CuPcTS和PTCB的能級(jí)匹配，可以發(fā)生光致電荷轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移的發(fā)生。光降解染料研究發(fā)現(xiàn)，光致電荷轉(zhuǎn)移

6、產(chǎn)生的電子和空穴對(duì)有機(jī)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(duì)帶負(fù)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(yīng)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(guò)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(diào)變層間PBS和DES的比例，優(yōu)化其發(fā)光強(qiáng)度，得到了具有良好藍(lán)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(shí)現(xiàn)了對(duì)AXP、GXP、UXP和CXP類核苷酸的快速選擇性檢測(cè)，可以重復(fù)使用多達(dá)五次。檢測(cè)機(jī)理為L(zhǎng)DHs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(zhì)，所以該薄膜對(duì)帶不同負(fù)電量的核苷酸的熒光響應(yīng)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(cè)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(duì)苯二亞甲基）共組裝薄膜的制備:通過(guò)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(dá)20層，薄膜表面均勻而連續(xù)。共組裝薄膜在可見(jiàn)光區(qū)吸收范

9、圍得到了有效的拓寬，有利于對(duì)光譜的利用。進(jìn)一步測(cè)試電子供受體的能級(jí)結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)移，這也是共組裝薄膜熒光淬滅的原因。進(jìn)一步研究其光電導(dǎo)性能，發(fā)現(xiàn)該薄膜光電流on/off比率達(dá)到120以上，光電流響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間都小于0.1s，光電流對(duì)入射光波長(zhǎng)和光功率密度具有良好的相關(guān)性。同時(shí)該薄膜器件在柔性襯底上也具有良好的光電流響應(yīng)性能。LDHs層板的限域作用可以有效地提高層間分