一種釕配合物/石墨烯復合膜和在hopg上制備釕配合物/石墨烯復合膜的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種釕配合物/石墨烯復合膜和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復 合膜的方法,屬于分子自組裝化學技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來在光刻、電子束刻蝕、離子刻蝕、氣相沉積等物理微加工技術快速發展的同 時,利用化學自組裝技術構筑有序微結構也受到了人們越來越多的關注。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。通過自組裝技術形成的單分子層、膜,囊泡,微管和生物傳感器,神經修復材料 以及基因傳輸系統等,對臨床醫學診斷和治療有重要作用。由于分子有自組裝能力,可以減 少半導體生產過程中的復雜性,從而有可能降低成本。隨著微電子及時的不斷發展,正需要 更多的小體積、多功能、結構復雜的納米級構造單元。利用自組裝技術,不僅能對材料表面 修飾而獲得原本不具備的光、電、磁、力等性能的新材料,而且還能制造出分子開關,分子存 儲器,分子導線,分子集成電路等小型器件。
[0003] HOPG(HighlyOrientedPyrolyticGraphite,高定向熱解石墨)是一種新型高純 度碳,是熱解石墨經尚溫尚壓處理后制得的一種新型石墨材料,HOPG最突出的功能是有一 個非常光滑的表面和電導性,其表面幾乎為一個石墨層,具有層狀結構,使得樣品制備非常 簡單,用一條膠帶粘在HOPG的表面上,然后將其撕下,膠帶上就會粘有一層薄薄的H0PG,新 裂表層是新的光滑的導電表面,可以用作樣本基底材料。由于HOPG具有JI-電子環境,可 以通過31-31相互作用連接其他具有Ji-電子環境的配合物來制備出具備優異性能的分子 膜。
[0004] 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。石墨烯的結構非常穩定,且具有優秀的導電性和 導熱性。另外,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5300W/m*K,高于碳納米管和金剛石。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。石墨烯這種新型的納米碳材料具有獨特的二維結構和優異的電學與光 學性能,采用石墨烯薄膜來替代現有電子器件中的導電材料,預期能夠極大提升現有器件 的性能。
[0005] 目前國內對在單分子膜上自組裝石墨烯的方法的研宄還未見報道。公開的石墨烯 的自組裝方法主要有:[0006][0007][0008]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】
[0009] 針對上述現有技術存在的問題及不足,本發明提供一種釕配合物/石墨烯復合膜 和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復合膜的方法。本發明中對稱性釕配合物分子中的一 對芘基與HOPG表面通過非共價鍵的作用,將釕配合物分子固定在HOPG表面,另一對芘基與 具有網狀結構的Ji-電子環境的石墨烯通過JI-Ji相互作用,將石墨烯固定在釕配合物單 分子膜上,從而實現在單分子膜上自組裝石墨烯,本發明的方法操作簡單,石墨烯在基底上 修飾均勻充分,在室溫下使用簡單容器即可操作,無需特殊條件和設備。本發明中將比表面 積大,導電性高,熱化學性能穩定的石墨烯組裝到單分子膜上,可有效提高基片的電化學活 性,且制備的薄膜具有良好的機械和化學穩定性,薄膜的厚度可控等諸多優點。本發明通過 以下技術方案實現。
[0010] 一種釕配合物/石墨烯復合膜,該釕配合物/石墨烯復合膜中對稱性釕配合物分 子中的一對芘基與HOPG表面通過非共價鍵的作用,將釕配合物分子固定在HOPG表面,另一 對芘基與具有網狀結構的Ji-電子環境的石墨烯通過JT-JT相互作用,將石墨烯固定在釕 配合物單分子膜上,該對稱性釕配合物[Ru(Py2G1MeBip)2] (PF6)2的化學通式如下:
【主權項】
1. 一種釘配合物/石墨締復合膜,其特征在于:該釘配合物/石墨締復合膜中對稱 性釘配合物分子中的一對巧基與HOPG表面通過非共價鍵的作用,將釘配合物分子固定在 HOPG表面,另一對巧基與具有網狀結構的31-電子環境的石墨締通過31-31相互作用,將石 墨締固定在釘配合物單分子膜上,該對稱性釘配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2的化學通式 如下:
2. -種在HOPG上制備根據權利要求1所述的釘配合物/石墨締復合膜的方法,其特征 在于具體步驟如下: 步驟UHOPG基片上釘配合物單分子膜的自組裝:在干凈的容器中加入二氯甲燒,稱取 一定量的釘配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2溶解于二氯甲燒溶液中,制得釘配合物溶液; 將膠帶按壓在HOPG表面上,然后剝離,得到新的光滑導電表面;將HOPG光滑的導電表面浸 沒于釘配合物溶液中,輕微震蕩除去氣泡,在室溫下浸潰后取出HOPG基底,用二氯甲燒清 洗干凈后惰性氣體吹干,即得到釘配合物單分子膜修飾的HOPG基片; 步驟2、石墨締分散液的配制:將SDS溶解于水中得到SDS水溶液,將石墨締分散在SDS 水溶液中,超聲波分散處理后離屯、分離除去底部殘渣,得到石墨締分散液; 步驟3、石墨締在單分子膜上的自組裝;將步驟1制備得到的釘配合物單分子膜修飾的 HOPG基片基片浸沒于步驟2得到的石墨締分散液中,輕微震蕩除去氣泡,在室溫下浸潰后 取出HOPG基片用甲醇洗凈,惰性氣體吹干即能制備得到釘配合物/石墨締復合膜。
3. 根據權利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復合膜的方法,其特征在 于:所述步驟1中釘配合物溶液的濃度為50 y M,浸潰時間為6?12h。
4. 根據權利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復合膜的方法,其特征在 于:所述步驟2中SDS水溶液的濃度為2%,超聲波分散處理時間為0. 5?1.化,離屯、分離時間 為]~化,轉速為15krpm。
5. 據權利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復合膜的方法,其特征在于: 所述步驟3中浸潰時間為10?2化。
【專利摘要】本發明涉及一種釕配合物/石墨烯復合膜和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復合膜的方法,屬于分子自組裝化學技術領域。該釕配合物/石墨烯復合膜中對稱性釕配合物分子中的一對芘基與HOPG表面通過非共價鍵的作用,將釕配合物分子固定在HOPG表面,另一對芘基與具有網狀結構的π-電子環境的石墨烯通過π-π相互作用,將石墨烯固定在釕配合物單分子膜上,該對稱性釕配合物的化學式為[Ru(Py2G1MeBip)2](PF6)2。首先在HOPG基片上自組裝釕配合物單分子膜,然后配制石墨烯分散液,最后石墨烯自組裝在經釕配合物修飾的HOPG基片上。本發明制備的薄膜具有良好的機械和化學穩定性,薄膜的厚度可控等諸多優點。
【IPC分類】H01L31-0224, H01L31-18
【公開號】CN104600133
【申請號】CN201410839890
【發明人】王 華, 楊麗, 李孔齋, 魏永剛, 祝星
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日