[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于分子印跡的納米結(jié)構(gòu)薄膜及其制備方法和應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010131912.4
• 申請(qǐng)日: 2010-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101816926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李廣濤;朱偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/281
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/281;B01J20/28;G01N21/64;G01N30/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料，具體涉及一種基于分子印跡的納米結(jié)構(gòu)薄 膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于納米技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多孔薄膜具有很大的比表面積，可以負(fù)載較多的傳感單元；其良 好的通透性能，利于分子在膜里面的輸運(yùn)，從而提高傳感器的響應(yīng)速 度；材料內(nèi)部的孔洞具有較好的分子吸附能力，可以富集低濃度的被 檢測(cè)分子，使局部濃度增高，從而降低檢測(cè)限，實(shí)現(xiàn)傳感器的高靈敏 度檢出。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Guangtao?Li等2006年發(fā)表在《Journal?of Materials?Chemistry》(2006年第16卷第4521頁(yè))的論文 《Metalloporphyrins?as?sensing?elements?for?the?rapid?detection?of?trace TNT?vapor》(利用卟啉快速檢測(cè)痕量爆炸物TNT氣氛)和2006年發(fā)表 在《Chemphyschem》(2006年第7卷第1902頁(yè))的論文《Hierarchically Structured?Nanocomposite?Films?as?Highly?Sensitive?Chemosensory Materials?for?TNT?Detection》(多級(jí)孔薄膜對(duì)爆炸物TNT的高靈敏度檢 測(cè))中首次提出利用多級(jí)孔薄膜參雜熒光染料分子對(duì)爆炸物氣氛快 速、高靈敏度的檢出。但采用該方法制備的材料在對(duì)爆炸物的高選擇 識(shí)別能力上靈敏度不高，結(jié)構(gòu)也并不是最優(yōu)化的，其性能仍有很大的 提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分子印跡的納米結(jié)構(gòu)薄膜，其具有三維有 序的孔結(jié)構(gòu)：大孔-介孔-印跡微孔。其中，大孔的孔徑大于50nm， 介孔的孔徑在2-50nm之間，印跡微孔的孔徑小于2nm。

本發(fā)明所述的納米結(jié)構(gòu)薄膜可通過(guò)如下步驟制備：

1)將膠體顆粒均勻分散到溶劑中，形成膠體分散體系，將所述 膠體分散體系自組裝在基片上，揮干溶劑，得到膠體晶體；

2)將印跡分子加入到含有硅烷交聯(lián)劑、染料分子和表面活性劑 的乙醇水溶液中，加熱回流，得到溶膠；

3)將所述溶膠滲透到所述膠體晶體中，水解縮聚老化；

4)除去膠體顆粒、表面活性劑和已印跡的分子。

其中，步驟1)所述膠體顆粒選自聚苯乙烯微球和/或聚甲基丙烯 酸甲酯微球，粒徑為200-600nm；所述的溶劑為水或乙醇和水的混合 溶液，當(dāng)所述溶劑為乙醇和水的混合溶液時(shí)，優(yōu)選乙醇∶水的質(zhì)量比 為2∶1；所述基片為一表面干凈、平整的固體薄片，可以是硅片、石 英片或玻璃片；所述膠體分散體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-1.5％；

步驟1)所述自組裝采用垂直沉降法或旋滴法，垂直沉降法是將 潔凈的基片放置于膠體分散體系中，然后在50-60℃揮干溶劑；旋滴 法是將膠體分散體系滴至基片上，以400-600rps/s的轉(zhuǎn)速旋涂；

步驟2)所述印跡分子選自三硝基甲苯(Trinitrotoluene)、三硝基 苯酚(Picric?Acid)、硝基二甲苯(Nitroxylene)、二硝基苯 (Dinitrobenzene)、二硝基甲苯(Dinitrotolune)、硝基甲苯 (Nitrotolune)、硝基苯(Nitrobenzene)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)、 環(huán)四甲撐四硝胺(HMX)和環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX)中的一種或 多種；

步驟2)所述硅烷交聯(lián)劑選自四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷和乙 基三乙氧基硅烷中的一種或多種；

步驟2)所述染料分子選自卟啉硅烷化染料、金屬卟啉硅烷化染 料、萘酚硅烷化染料和咔唑類(lèi)硅烷化染料中的一種或多種；所述染料 分子用作傳感單元；

步驟2)所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、 F127、P123、Briji-76、Briji-700中的一種或多種；

步驟2)在加熱回流前加入稀鹽酸，目的是控制整個(gè)過(guò)程的水解 縮聚速度，這對(duì)溶膠的形成至關(guān)重要，各物質(zhì)的摩爾比為硅烷交聯(lián)劑∶ 表面活性劑∶染料分子∶印跡分子∶乙醇∶水∶HCl＝1∶0.01～0.09∶ 1.88×10^-4～17.4×10^-4∶0.005～0.02∶35～50∶5～10∶0.6×10^-2～1.3×10^-2； 加熱回流時(shí)間為1-2h；