光活性染料分子與層狀雙金屬氫氧化物復(fù)合膜的組裝和性質(zhì)研究.pdf

1、目前，在層狀雙金屬氫氧化物(LDHs) 層間插入特定功能性無機分子、有機陰離子、聚合物或生物大分子等制備層狀納米復(fù)合材料已成為功能材料領(lǐng)域中研究的熱點。功能性染料分子插入到層狀無機材料中可以大大提高其光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以用于制備固體染料激光器、光信息存儲材料、非線性光學(xué)器件、化學(xué)傳感器、太陽能電池等，具有非常廣的應(yīng)用前景。制備此類夾層納米復(fù)合材料，關(guān)鍵技術(shù)是通過離子交換實現(xiàn)分子的插入。本文通過非穩(wěn)態(tài)共沉淀法合成了膠態(tài)分散的[Mg-A

2、l-Cl]LDHs，并通過甲基橙(MO)或剛果紅(CR)陰離子的插層研究了其離子交換特性。進一步采用LB技術(shù)與離子交換方法相結(jié)合，制備了[Mg-Al-Cl]LDHs納米粒子與功能染料分子MO或CR的復(fù)合薄膜，并對該復(fù)合薄膜材料進行了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征。 一、層狀[Mg-Al-Cl]LDHs 主體材料的合成及其離子交換性能的研究在眾多的無基層狀材料中，LDHs是唯一的一種帶正電荷、可進行插層反應(yīng)的物質(zhì)。在制備夾層納米復(fù)合材料時，具有組

3、分和層電荷密度可調(diào)、層片為一褶皺多面層、比2：1型層狀硅酸鹽具有更多的伸展性等多種優(yōu)點，越來越引起人們的注意。本章采用液相非穩(wěn)態(tài)共沉淀法合成了膠態(tài)分散的[Mg-Al-Cl]LDHs，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、X射線衍射、紅外光譜、透射電鏡、原子力顯微鏡以及粒度分布儀等對所合成產(chǎn)品的元素組成、形貌以及粒度分布等進行了表征。實驗結(jié)果表明，制備的LDHs為六邊形層片狀顆粒，平均粒徑約為100－120nm之間，層片厚度約為5nm。

4、 通過有機陰離子與[Mg-Al-Cl]LDHs的插層反應(yīng)，研究了LDHs的離子交換性能。實驗結(jié)果表明，所合成的膠體分散的LDHs顆粒可以與功能性染料分子MO和CR發(fā)生離子交換反應(yīng)，生成相應(yīng)的有機－無機納米復(fù)合材料。 二、LDHs/染料分子納米復(fù)合膜材料的制備與表征LB技術(shù)制備的有機－無機納米復(fù)合材料，由于其層數(shù)和層的順序可在分子水平上控制，分子排列高度有序、結(jié)構(gòu)和組成多樣性，受到化學(xué)、物理、光學(xué)、生物、材料、等多學(xué)科科學(xué)工作者的

5、普遍關(guān)注。本論文將LB技術(shù)與離子交換方法相結(jié)合制備了結(jié)構(gòu)層狀有序的LDHs/MO和LDHs/CR納米復(fù)合膜材料。以花生酸單分子層做模版，制備了X-型AA/LDHs復(fù)合膜，利用π-A等溫線、透射電鏡、X射線衍射、紅外光譜等對該復(fù)合膜進行了表征。結(jié)果表明，LDHs顆粒以靜電作用吸附在了AA分子單層下，在氣/液界面上形成了穩(wěn)定的復(fù)合單層膜。以LB技術(shù)將空氣/水界面的AA/LDHs復(fù)合單層轉(zhuǎn)移到固體基片上，然后將其浸入到染料分子的水溶液中，利用

6、該復(fù)合膜中LDHs粒子的離子交換性質(zhì)，將染料分子MO和或CR插層于AA/LDHs復(fù)合膜中，形成納米復(fù)合薄膜。通過UV-Vis吸收光譜、偏振UV-Vis吸收光譜、X射線衍射以及紅外光譜對該復(fù)合膜進行了結(jié)構(gòu)表征。實驗結(jié)果表明，MO和CR分子確實插層到復(fù)合膜中LDHs的層間通道中，且形成的AA/LDHs/Dyes復(fù)合膜具有良好的縱向均勻性。插層于AA/LDHs復(fù)合膜中LDHs層間通道中的MO分子形成了H-型聚集體，MO分子的長軸垂直于層板平面

7、有序排列成單分子層，且分子末端的磺酸基上下交替的吸附在層板上；而CR分子則在LDHs的層間通道中形成了J-型聚集體，CR分子的長軸近乎平行于LDHs層板平面排列成單分子層。CR分子中的兩個磺酸基結(jié)合在通道同側(cè)的層板上。 此外，AA/LDHs復(fù)合膜中LDHs的層狀結(jié)構(gòu)可以控制染料分子MO和CR等染料分子的聚集態(tài)和取向。換句話說，復(fù)合膜中的染料分子具有穩(wěn)定的構(gòu)象，同時可以提高MO和CR分子的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。因此這類復(fù)合膜在分子器