手性MOFs薄膜材料的制备及其性能研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingfei1415
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近年来,手性金属-有机框架(MOFs)材料在结构设计与合成、不对称催化和手性拆分方面有了长足的发展并展现出广泛的应用前景,然而面向实际应用方面还需要解决一系列的难题。以薄膜形式存在的手性表面镶嵌金属-有机框架(Surface Mounted Metal-Organic Frameworks,SURMOFs)材料可以更加直接和有效地应用。本文采用液相外延法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)制备得到高度取向、同质均一的手性SURMOFs薄膜材料Cu2(Dcam)2P(P = dabco or bipy)。将单一手性多孔金属-有机框架Cu2(Dcam)2P生长在带有羟基的MUD自组装单分子膜(SAMs)和羧基的MHDA SAMs基底上,诱导手性多孔薄膜沿[001]和[110]取向生长。利用气相石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)系统地研究了[001]和[110]取向的Cu2(Dcam)2P对手性探针分子D-/L-乳酸甲酯的对映选择性和吸附速率。不同的吸附量和时间常数表明生长取向会影响单一手性多孔薄膜的手性行为。通过液相外延一层一层生长的方式,将手性SURMOFsCu2(Dcam)2P生长在羟基(-OH)和聚合左旋多巴(Poly(L-DOPA))功能化的毛细管气相色谱柱中。气相色谱实验表明,由于Poly(L-DOPA)手性基底的作用,Cu2(Dcam)2P@Poly(L-DOPA)手性毛细管气相色谱柱分别对乳酸甲酯(P = dabco)和1-苯基乙醇(P = bipy)具有良好的对映选择性分离效果。实验结果不仅表明通过液相外延引入手性层或薄膜作为固定相可以达到高效分离的目的,也证明了引入手性Poly(L-DOPA)基底能够提高手性SURMOFs薄膜的对映选择性分离性能。考虑到手性SURMOFs薄膜的水不稳定性,我们通过负载L-DOPA到非手性SURMOFs HKUST-1孔道中,以HKUST-1为模板制备得到了单一手性多孔Poly(L-DOPA)聚合物薄膜。并且手性多孔薄膜Poly(L-DOPA)可以有效地对映选择性吸附R-/S-萘普生,其对映选择性ee值达到32%。此外,我们把光致变色分子偶氮苯负载到MOFs薄膜中制备azobenzene@HKUST-l和基于HKUST-1/SiO2/Si的复合薄膜。采用改进的液相外延泵法制备得到了高度取向和均一的azobenzene@HKUST-1复合薄膜。当偶氮苯分子被封装到HKUST-1孔道中,复合薄膜不仅具有光致异构化行为,而且还具有变温荧光特性。这不仅为制备光致变色薄膜材料提供了一种简便的策略,还为开发多功能光学器件和传感器开辟了新视野。我们首先使用液相外延法制备的MOFs薄膜来修饰有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFET)中Si02介电层。通过控制液相外延制备HKUST-1循环数(二、三和四个循环),使基于HKUST-1/SiO2OFET器件的载流子迁移率、阈值电压、开/关电流比得到调整和优化。结果表明,基于HKUST-1/SiO2OFET性能比SiO2OFET更好。器件性能的提升主要是因为生长在SiO2/Si基底上的高度结晶、均一和低介电常数的MOFs薄膜以及OFET中较小的界面缺陷密度,这表明SURMOFs HKUST-1修饰介电层有利于设计一种可调整与优化OFET器件性能的新结构。
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