[发明专利]一种电子导电金属有机框架薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种电子导电金属有机框架薄膜及其制备方法与用途，所述EC‑MOFs薄膜具有很高的质量并且是厚度可控的，克服了现有技术中无法获得厚度和质量在纳米尺度上层层可控的EC‑MOFs纳米多孔薄膜的缺点，本发明提供的EC‑MOFs薄膜应用于高选择性快速响应的室温化学电阻型气敏传感器均具有良好的效果。

技术领域

本发明属于薄膜及其制备技术领域，尤其涉及一种用于超级电容器、锂电池、气敏传感器等薄膜电学器件的电子导电金属有机框架薄膜及其制备方法与用途。

背景技术

电子导电金属有机框架(Electronic Conductive Metal–Organic Frameworks，以下简称EC-MOFs)材料是一类新兴的由金属离子或金属离子簇和有机配体通过配位键自组装形成的导电多孔晶态材料。不同于常规的有机半导体和无机半导体，EC-MOFs是新出现的一类集多孔性、选择性与半导体特性于一体的晶体材料。已报道的EC-MOFs导电率已达50S·cm^-1，超过电学器件中广泛应用的包括活性炭在内的导电碳材料。其中，Yaghi和他的同事首次合成了一类化学稳定性良好的EC-MOFs材料Cu₃(HHTP)₂(HHTP＝2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯)，它的电导率为0.20S·cm^-1。此外，EC-MOFs材料因其丰富可设计的晶体结构和可调节的电子能带结构等优势使得EC-MOFs材料作为活性功能组分在新型的场效应晶体管、锂电池、超级电容器、气敏传感器等半导体电学器件领域具有很高的研究价值和应用潜力。然而，已报道的EC-MOFs材料的应用大部分采用粉末或厚膜形式，巨大的颗粒尺寸和晶界限制了电学器件中的电子和物质传输。

众所周知，薄膜的质量是高性能的器件的重要决定因素之一，提高器件性能的一个有效的方法就是制备高质量的薄膜。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种电子导电金属有机框架薄膜，克服了现有技术中无法获得厚度和质量在纳米尺度上层层可控的EC-MOFs纳米多孔薄膜的缺点。

一种电子导电金属有机框架薄膜，所述电子导电金属有机框架薄膜是由多层叠加而成。

优选地，每层的厚度为1.5-2.5nm。

优选地，所述薄膜的厚度低于100nm，又低于80nm，例如为10-70nm，20-50nm。

根据本发明，所述电子导电金属有机框架薄膜的表面粗糙度不高于5nm。

根据本发明，所述电子导电金属有机框架薄膜在至少500nm区域沿[001]取向。

本发明还提供一种电子导电金属有机框架薄膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)配制金属盐溶液；配制有机配体的醇溶液；

2)在基底上喷涂步骤1)的金属盐溶液，再喷涂步骤1)的有机配体的醇溶液，形成一层生长薄膜。

根据本发明，所述方法还包括步骤3)在已形成生长薄膜的基底上喷涂金属盐溶液，随后再喷涂有机配体的醇溶液。

根据本发明，所述基底可为羟基修饰的基底。羟基修饰的基底有利于薄膜取向生长。

根据本发明，可以对所述基底进行改性，使其更加亲水。所述方法例如包括如下步骤：将基底置于硫酸与过氧化氢的混合溶液中，加热，随后用水洗涤。优选加热至80-120℃，加热时间为10min-60min。

根据本发明，所述基底为蓝宝石、石英片、玻璃、柔性聚对苯二甲酸乙二酯PET、Si或SiO₂等中的一种。

根据本发明，在薄膜生长之前，对基底进行清洗。一方面是为了清洗基底，另一方面清洗后的亲水基底更有利于薄膜与基底的接触。