[發明專利]一種將石墨烯自組裝到兩親性釕配合物上制備單分子膜的方法

在審

• 申請號: 201410636885.4
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104445161A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王華;楊麗;李孔齋;魏永剛;祝星
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C03C17/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種將石墨烯自組裝到兩親性釕配合物上制備單分子膜的方法，屬于分子自組裝化學技術領域。

背景技術

分子自組裝是在平衡的條件下，通過共價鍵或非共價鍵相互作用，自發地締合形成穩定的、結構完美的二維或三維超分子的過程。功能分子通過自組裝成膜能形成具有特定功能的組件，而不同的組件又能通過自組裝技術，組裝成各種超薄的微型電子器件。目前，絕大部分的有序納米結構材料與器件都是用自組裝技術來制備的。因此，分子自組裝技術在分子電子學中有著巨大的應用前景。

分子自組裝薄膜是分子通過化學鍵相互作用自發吸附在固/液或氣/固界面而形成的熱力學穩定和能量最低的有序膜。當吸附分子存在的情況下，局部已形成的無序單層可以自我再生成更完善的、有序的自組裝膜。自組裝單層膜是通過有機分子在固體表面吸附而形成的有序分子膜，它是將合適的基底浸入到待組裝分子的溶液或氣氛中后，分子自發地通過化學鍵牢固地吸附在固體表面而形成一種有序分子組合體，其中的分子排列有序，缺陷少。

石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所形成的原子網格，被認為是平面多環芳香烴原子晶體。石墨烯的結構非常穩定，碳碳鍵僅為1.42?。石墨烯內部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結構穩定。這種穩定的晶格結構使石墨烯具有優秀的導熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發生擠撞，石墨烯內部電子受到的干擾也非常小。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，導熱系數高達5300?W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，而電阻率只約10-6Ωcm，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。

目前國內對將石墨烯自組裝到兩親性釕配合物上制備單分子膜的方法的研究還未見報道。公開的石墨烯的自組裝方法主要有：

公開號為CN102850360A的中國專利公開的“靜電組裝制備石墨烯/金屬酞菁類化合物復合材料的方法”，將氧化石墨烯通過靜電吸附作用與PDDA結合，并用還原劑將其還原為石墨烯，得到GR/PDDA復合材料，然后繼續通過靜電吸附作用與金屬酞菁類化合物結合最終得到石墨烯/金屬酞菁類化合物復合材料。

公開號為CN102924274A的中國專利公開的“一種導電仿貝殼層狀石墨烯復合材料的制備”中，通過氧化石墨烯均勻水溶液的制備、氧化石墨烯薄膜的組裝、PCDO與氧化石墨烯的酯化及PCDO的交聯、氧化石墨烯的還原來制備種導電仿貝殼層狀石墨烯復合材料的制備。該方法需在真空下進行操作，以及波段為365nm的中紫外光照射。

公開號為CN103741264A的中國專利公開的“一種通過大片層氧化石墨烯自組裝制備石墨烯纖維的方法”中，以石墨作為基本材料制成大片層氧化石墨烯，通過氧化石墨烯在凝固液中自組裝形成石墨烯纖維。通過調節凝固液的類型、氧化石墨烯的濃度來制備不同類型的石墨烯纖維。該方法需在真空環境下高溫還原。

目前，單分子膜自組裝法是一種有利于控制組裝結構和形態的有效方法，可在電極的表面通過過共價鍵或非共價鍵而自發形成高度有序的單分子層。自組裝膜分子排列有序緊密，但組裝過程復雜，對設備要求高，需在在干凈、密閉性較好的實驗室內進行。而且，為使反應物與基片活性部分快速、有效地反應，配合物需在溶劑中有較好的溶解度。此外，常規方法一般是將石墨烯與配合物分散于水中，長時間超聲混合，但是此方法中石墨烯易團聚，配合物分子的附著量少。因而設計發明一種可定向、自組裝過程簡單、穩定性高且可重復性好的將石墨烯組裝到單分子膜上的方法十分必要。

發明內容