[发明专利]界面限域自组装制备大面积Ni-BHT导电薄膜MOFs的方法

说明书

本发明属于功能薄膜技术领域，具体为一种界面限域自组装制备大面积Ni‑BHT导电薄膜MOFs的方法。本发明中，金属离子化合物采用Ni(NO3)₂·6H₂O，有机物配体采用六巯基苯（BHT），表面活性剂选用聚乙烯吡咯烷酮或四丁基溴化铵；采用界面限域自组装技术，得到大面积、超薄Ni‑BHT导电薄膜MOFs。本发明方法操作简单，条件温和，制备的MOFs薄膜性能优良，导电率大幅提高。

技术领域

本发明属于功能薄膜技术领域，具体涉及一种制备Ni-MOFs薄膜的方法。

背景技术

MOFs（Metal organic Framework，简称MOFs，即金属有机骨架材料) 是由无机金属中心（金属离子或金属簇）与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料，也称配位聚合物(coordination polymer)，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征。MOFs具有多孔性及大的比表面积、结构与功能多样性、具有不饱和的金属位点等特点，使其在现代材料研究领域 如气体传感、吸附分离H₂、催化剂、磁性材料和光学材料等方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。

近几年由于六巯基苯和镍配位形成的导电MOFs（Ni-BHT）的兴起，基于Ni-BHT导电薄膜MOFs的各种生物和气体传感应用也愈发引起科研工作者的关注。目前报道的Ni-BHT导电薄膜MOFs的制备条件不但繁琐，而且形成薄膜较为琐碎且厚度高于100nm以上，不但增加了器件的制备难度，还使其无法表现出其优异的传感性能。因此，设计一种方法能够简单的获得大表面积超薄的Ni-BHT薄膜MOFs成为本发明的创新和攻坚之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，且能在室温条件下制备大面积Ni-BHT 导电薄膜MOFs的方法。

本发明提供的制备Ni-BHT 导电薄膜MOFs的方法，是采用界面限域自组装技术，同时在反应体系中添加表面活性剂，改善成膜情况，进而得到大面积、超薄Ni-BHT 导电薄膜MOFs。

本发明中，使用的原材料为金属离子化合物和有机物配体，金属离子化合物采用Ni(NO3)₂·6H₂O，有机物配体采用六巯基苯（BHT），六巯基苯的结构简式见图1所示；表面活性剂选自两种：聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone，PVP)，四丁基溴化铵（Tetrabutylammonium Bromide，C₁₆H₃₆BrN (TBAB)。

制备的具体步骤如下：

（1）称取1-5mM (150-745mg) 金属离子化合物 Ni(NO₃)₂·6H₂O溶于烧杯中；并加入表面活性剂PVP 0.1-20mg，或者表面活性剂TBAB 0.1-20mg；

（2）称取1-5mM (5-25mg) 有机物配体BHT溶于10-200mL氯代苯中；

（3）用移液枪移取10-200uL配体溶液滴于步骤（1）配制的溶液的液面，此时有机配体溶液在溶液的表面铺成圆形；

（4）反应体系置于室温环境下反应4-12小时，即得到大面积、超薄Ni-BHT 导电薄膜MOFs。

实验表明，由于本发明使用了表面活性剂PVP或表面活性剂TBAB，得到了较高质量的MOFs薄膜：形成的MOFs薄膜较为完整，大表面积（约0.4cm²以上）且连续，厚度为10nm以下。而同样条件下未加表面活性剂所形成的薄膜琐碎且不连续，表现出MOFs成膜情况差异很大。

另外，对本发明制备的MOFs薄膜进行导电性测试，表明其导电率有大幅提高。