【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料化学领域。具体涉及了一种由聚合物包覆的金属有机框架(mof)纳米颗粒自组装形成光控转换mof单层膜的制备方法及其在光控离子通道器件领域的应用。
技术介绍
1、近年来，二维(2d)单层膜在分离、能量存储和转换、质子传导、太阳能电池和电化学器件等各种应用中引起了广泛关注。通常，2d单层膜可以提供大量暴露的表面原子和活性位点。其次，2d单层膜的边缘效应可以增强其化学活性。此外，2d单层膜中非常短的传质路径显著加速了分子的运动并提高了分离通量。最典型的例子是，在使用机械剥离技术成功制备石墨烯后，由于其独特的性能，包括其单原子厚度、电子限制和晶体横向结构，已经实现了一系列前所未有的应用。近年来，其他与石墨烯特性相似但成分不同的过渡金属二硫属化物、六方氮化硼、金属氧化物和石墨碳氮化物的单层膜也出现了快速发展。
2、作为2d单层膜的新成员，mof单层膜具有结晶度高、孔隙率高、孔径可调、传质阻力低等优点，使其在许多不同的应用领域具有广阔的应用前景。因此，一些二维mof纳米片被开发了出来；然而，这些二维纳米片的横向尺寸很小，不能形成大面积的单层膜。dong及其同事制备了大面积的mof单层，但这种单层的形成需要固体基板作为支撑，不能形成自支撑的薄膜。ruoff及其同事使用langmuir–blodgett(l–b)技术制备了大面积的自支撑mof单层；然而，在成膜过程中需要对施加在水–空气界面处的压力进行严格控制，增加了操作的技术性和繁琐性。最近，cohen及其同事使用液体–空气界面技术制备了一种自组装mof单层(sam
技术实现思路
1、本专利技术旨在设计和制备一种具有光控转换性质的mof单层膜，采用的方法是利用聚合物包覆的zif-8纳米颗粒在水–空气界面的自组装性能制备mof单层膜。本专利技术制备的mof单层膜可以在365nm紫外光和白光的交替照射下，实现可逆的光控转换，为制备其他功能性mof单层膜提供了新方案。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种由聚合物包覆的mof纳米颗粒自组装形成光控转换mof单层膜的应用方案。采用的方法是将mof单层膜覆盖在具有多个锥形纳米通道的pet膜的大孔一侧制备多孔异质膜。这种异质膜可以实现可逆的光控离子通道的开关，为制备新型光控离子通道器件提供了新思路。
3、本专利技术目的采用以下方案来实现：
4、一种由聚合物包覆的mof纳米颗粒自组装形成光控转换mof单层膜，其特点在于利用具有核–壳结构的mof颗粒在水–空气界面的蒸发诱导自组装形成mof单层膜。具体步骤如下：
5、(1)单分散zif-8纳米颗粒的制备：将2-甲基咪唑、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)和25ml水混合于一个100ml圆底烧瓶中，将zn(ch3coo)2·2h2o溶于25ml水后，加入到上述圆底烧瓶中，其中试剂摩尔比为2-甲基咪唑：zn(ch3coo)2·2h2o：ctab＝10：1：0.08；将混合溶液温和搅拌1min后，室温下静置2h；将粗产物离心(8000rpm,10min)，所得固体用40ml甲醇清洗3次；将清洗后的固体置于温度设置为40℃的真空干燥箱内干燥12h后即获得产物zif-8。
6、(2)his-bib的制备：将组胺二盐酸盐、三乙胺和400ml三氯甲烷混合于一个1l的圆底烧瓶中；将混合物置于冰水浴中搅拌，同时将-溴异丁酰溴滴加至混合溶液中，随后将混合溶液置于室温下反应过夜，其中试剂摩尔比为组胺二盐酸盐：三乙胺：-溴异丁酰溴＝1：5：2；反应结束后，用500ml质量分数为10％koh水溶液淬灭反应，溶液用二氯甲烷萃取，收集有机相，用无水硫酸镁干燥；粗产物用乙酸乙酯重结晶即获得纯产物his-bib。
7、(3)zif-8-bib的制备：将zif-8、his-bib与40ml正丁醇混合于一个100ml圆底烧瓶中，置于温度恒定为100℃的油浴锅中加热反应4h，其中试剂摩尔比为zif-8：his-bib＝1：1；反应结束后，将粗产物离心(8000rpm,10min)，所得固体用40ml甲醇清洗3次；将清洗后的固体置于温度设置为40℃的真空干燥箱内干燥12h后即获得产物zif-8-bib。
8、(4)zif-8-p(mma-co-aaab)的制备：将zif-8-bib与100ml甲醇混合于一个250ml圆底烧瓶中，依次加入mma、aaab、me6tren和cubr，试剂摩尔比为mma：aaab：me6tren：cubr：引发剂＝1600：100：2：2：1；将上述混合物通过三次冷冻-抽气-解冻循环脱气后，置于室温下反应24h；反应结束后，将粗产物离心(8000rpm,10min)，所得固体用40ml甲醇清洗3次，然后再用40ml甲苯清洗1次；将清洗后的固体置于温度设置为60℃的真空干燥箱内干燥12h后即获得产物zif-8-p(mma-co-aaab)。
9、(5)将30mgzif-8-p(mma-co-aaab)纳米颗粒与1ml甲苯混合于一个小玻璃瓶中，随后超声40min；取10μl上述mof溶液，滴在直径为35mm、水深为1cm的培养皿中，室温下干燥3min后，在水面形成samm膜。
10、本专利技术提出一种由聚合物包覆的mof纳米颗粒自组装形成光控转换mof单层膜的应用方案，其包括多孔异质膜的制备及其可逆的光控离子通道开关性质。具体步骤如下：
11、(1)异质膜的制备：选择具有多个锥形纳米通道的pet膜作为基底；将samm膜覆盖在pet膜的大孔一侧。
12、(2)将异质膜固定在两块透明的亚克力模块之间，然后将模块固定在自制的电流测试装置上。
13、(3)在亚克力模块两侧的流通槽内分别加入0.7ml 0.01m mgcl2溶液作为电解质，进行电流记录。
14、(4)使用365nm紫外光对异质膜照射30min，记录电流，然后用白光对异质膜照射1h，记录电流。
15、本专利技术采用的方法是：通过合成后交换反应将atrp引发剂接枝到zif-8颗粒表面；通过甲基丙烯酸甲酯(mma)和4-丙烯酰胺偶氮苯(aaab)的表面引发atrp反应将聚合物接枝到zif-8颗粒表面；zif-8颗粒在水–空气界面自组装形成致密的mof单层膜；将制备的mof单层膜覆盖在具有多个锥形纳米通道的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜的大孔一侧形成异质膜，并检测这种其光控离子传输性质。
16、本专利技术不仅为制备大面积、自支撑的功能mof单层膜提供了新方法，而且为制备光控离子通道器件提供了新思路。
17、
18、本专利技术的有益效果为：
【技术保护点】
1.一种光控转换MOF单层(SAMM)膜的制备方法，其特征在于：该方法由聚合物包覆的MOF纳米颗粒在水-空气界面自组装形成，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的ZIF-8-P(MMA-co-AAAB)是通过甲基丙烯酸甲酯(MMA)与4-丙烯酰胺偶氮苯(AAAB)引发的表面原子转移自由基聚合(ATRP)反应将功能性聚合物接枝到ZIF-8颗粒表面，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的ZIF-8-BiB是ZIF-8与ATRP引发剂(表示为his-BiB)通过合成后交换反应制备的，具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，单分散ZIF-8纳米颗粒与his-BiB的制备，具体步骤如下：
5.一种权利要求1-4任一所述的制备方法制备获得的光控转换MOF单层膜。
6.一种权利要求5所述的由聚合物包覆的MOF纳米颗粒自组装形成光控转换MOF单层膜的应用，其特征在于：应用于光控离子通道器件。
7.根据权利要求6所述的应用
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：使用皮安计对离子电流进行记录，具体步骤如下：
9.根据权利要求7或8所述的由聚合物包覆的MOF纳米颗粒自组装形成光控转换MOF单层膜的应用，其特征在于：将SAMM膜与PET膜层叠构成异质膜应用于光控离子通道器件中，异质膜的制备，具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种光控转换mof单层(samm)膜的制备方法，其特征在于：该方法由聚合物包覆的mof纳米颗粒在水-空气界面自组装形成，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的zif-8-p(mma-co-aaab)是通过甲基丙烯酸甲酯(mma)与4-丙烯酰胺偶氮苯(aaab)引发的表面原子转移自由基聚合(atrp)反应将功能性聚合物接枝到zif-8颗粒表面，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的zif-8-bib是zif-8与atrp引发剂(表示为his-bib)通过合成后交换反应制备的，具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，单分散zif-8纳米颗粒与...
【专利技术属性】
技术研发人员：卿光焱，肖洁，王东东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。