多酸层层自组装复合材料应用的研究进展

多金属氧酸盐(简称多酸)具有独特的分子结构、性质的多样性和可调性,其在磁学、光电化学、材料化学、催化和生物医学等领域均有着潜在的应用。 近年来,层层自组装技术被广泛用于多酸超薄膜组装,进一步拓展了多酸的应用范围。 本文主要介绍基于静电相互作用的层层自组装方法制备的多酸基功能性超薄膜复合材料(平面薄膜、中空微胶囊和微球)在光催化、电催化、光致变色、电致变色、磁学、气体传感和光电催化等领域的研究进展并对其进行了展望。     

层层静电自组装构筑壳聚糖/磷钨酸复合膜的研究

将正电荷的壳聚糖与负电荷的磷钨酸溶液通过静电作用交替沉积在基底上组装复合多层膜。使用紫外可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和循环伏安法(CV)等手段对复合膜进行了表征。UV-Vis结果显示多层膜在特征吸收峰处的吸光度数值随膜双层数增加逐渐增大，呈良好的线性关系，表明多层膜是均匀组装的；XPS和FTIR结果证实了壳聚糖和磷钨酸被组装到膜上，AFM图形显示膜表面有一定的粗糙度，CV结果说明多层膜保留了磷钨酸的电化学性质。     

B-藻红蛋白多层复合薄膜的静电组装及其光谱特性

B-藻红蛋白是一种理想的生物光电材料.利用静电组装技术制备了聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)与B-藻红蛋白组装的多层复合薄膜.对薄膜的可见吸收光谱和荧光光谱进行了分析,结果表明:与B-藻红蛋白在溶液中的光谱特征相比,B-藻红蛋白在薄膜上的最大吸收峰由545 nm红移至553 nm,并在573 nm处产生了延迟荧光现象,且薄膜的最大吸光度和光致发射强度均与组装层数呈线性递增关系.随着薄膜组装层数的增加,倒置荧光显微镜能很好地观察到B-藻红蛋白在薄膜上出现明显的聚集体.     

层层自组装修饰磁性纳米粒子及蛋白质吸附研究

采用层层自组装技术将聚天冬胺酸和聚乙二胺修饰到磁性纳米粒子表面上, 并研究了修饰后的磁性纳米粒子的zeta电势变化和对蛋白质的吸附. 先通过化学共沉淀的方法获得了四氧化三铁磁性纳米粒子, 然后利用层层自组装的方法对纳米粒子进行了修饰. 用TEM表征了纳米粒子的尺寸. 用红外光谱表征了修饰过程中磁性纳米粒子表面组成的变化情况. 研究了修饰过程对磁性纳米粒子的zeta电势的影响. zeta电势的正负和大小与表面连接的分子的带电性质有关. 磁性纳米粒子的等电点接近中性. 聚天冬胺酸修饰的磁性纳米粒子的Zeta电势为负值. 在聚乙二胺溶液的pH＝11时获得的双层修饰的磁性粒子的等电点接近9, 并且等电点随聚乙二胺溶液的pH的减小而减小. 结果也表明在pH＝7.4时具有不同表面电荷的磁性纳米粒子通过静电作用选择性地吸附蛋白质.     

聚电解质层层自组装纳滤膜

层层自组装技术能够方便地对膜的微观结构和组成进行调控,已在制备复合型纳滤膜方面取得了迅速的发展。本文综述了近年来用于聚电解质层层自组装纳滤膜的制备方法,种类以及影响因素。介绍了静态层层交替沉积、压力驱动自组装和电场强化自组装等三种制备方法;归纳了均聚型、共聚型和有机/无机杂化型等三类用于层层自组装纳滤膜的聚电解质的特点;讨论了聚电解质的荷电性、电荷密度和电离程度等因素对其自组装膜分离性能的影响。总结了聚电解质自组装纳滤膜在水处理和有机溶剂中物质的分离等方面的应用。同时,对提高聚电解质自组装纳滤膜的组装效率,分离性能和发展方向提出了设想和建议。     

自组装方法制备有序微孔薄膜

本文对近年来自组装方法制备有序微孔薄膜的研究进行了综述,总结了固体基板展开法制备有序微孔薄膜的形成机理,对成膜材料,成膜的影响因素和微孔阵列排列的形成条件等方面进行了详细的介绍和分析,并对自组装方法制备微孔薄膜的应用前景作了探讨。     

嵌段共聚物薄膜快速自组装方法

嵌段共聚物 (BCP) 薄膜可通过不同的退火方法诱导其微相分离,从而获得大面积圆柱状、层状和球状等纳米图案。这些长程有序的纳米结构形态,已经广泛应用在纳米光刻和电子器件等多个领域中。目前,有效且快速的退火方法仍然是BCP薄膜自组装技术中的研究热点。本文首先介绍了制备BCP薄膜纳米结构图案常用的退火技术,然后综述了三种新型快速退火技术,最后分析总结了这些退火技术的优缺点。     

层层自组装聚电解质膜光纤传感器的制备和应用

在过去几十年中,光纤的应用已经渗透到多个学科领域。光纤的抗电磁干扰、可远程监控、多重监测、体积小及质量轻等特点,使其在传感器研究领域备受关注。聚电解质层层自组装膜构建的光纤传感器自2000年诞生以来,已快速发展成为传感器领域新的研究热点。该类光纤传感器在微量物质的监测方面具有广泛的应用前景。本文从光纤和光纤传感器优点出发,总结了基于层层自组装多层膜的光纤传感器种类、性能、检测原理以及相应的光纤结构和自组装材料;进而结合作者已做的相关工作,论述了在光纤基底上的聚电解质层层自组装及基于自组装膜的光纤传感器的测试;重点综述了近十年层层自组装膜的光纤pH传感器、湿度传感器、气体传感器、生物传感器及其他类型的光纤传感器的制备与应用,并展望了今后聚电解质层层自组装多层膜光纤传感器的发展。     

盘状多酸P_5W_(30)/阳离子聚电解质/氧化石墨烯杂化多层膜的电致变色性能

为了提高薄膜[PEI/P_5W_(30)]_(30)的电致变色性能,将具有大的二维尺寸和良好导电性的氧化石墨烯引入该薄膜中。通过层层自组装(LBL)技术构筑了基于盘状多酸K12.5Nal.5[Na P_5W_(30)O_(110)]·15H_2O(P_5W_(30))、氧化石墨烯(GO)的复合薄膜[PEI/P_5W_(30)/PEI/GO]_(30)(PEI:聚乙烯亚胺),并利用UV-Vis光谱对薄膜的组成及增长进行监测;通过原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行考察,利用循环伏安法对薄膜电化学氧化还原性质进行研究;薄膜在外加氧化还原电位下呈现出无色/蓝色的可逆变化,电致变色响应时间在10 s以内;此外,薄膜在阶跃电位0.75 V/-0.75 V下循环150次,电致变色性能没有明显减弱,体现了薄膜良好的电致变色可逆性。氧化石墨烯的引入使薄膜[PEI/P_5W_(30)/PEI/GO]_(30)呈现出响应速度快、抗电疲劳强的电致变色性能,将在电致变色器件领域有广阔的应用前景。     

Self-Assembly Anisotropic Magnetic Nanowire Films Induced by External Magnetic Field

Self-assembly generated materials induced by an external magnetic field have attracted considerable interest following the development of nanodevices. However, the fabrication of macroscopic and anisotropic magnetic films at the nanoscale remains a challenge. Here, anisotropic magnetic films are successfully prepared using a solution-based nanowire assembly strategy under a magnetic field. The assembly process is manipulated by changing the thickness of silica shell coated on the surface of magnetic nanowires. The anisotropic magnetic films show highly anisotropic magnetization under different angles of magnetic field and better magnetization properties than that of disordered magnetic films. The well-defined nanowire arrays enable magnetization anisotropic property which may be useful in the magnetic energy conversion technologies and biomedical sciences which lie far beyond those achievable with traditional magnetic materials.     

基于过渡金属离子与三联吡啶的配位作用构筑全共轭层-层 自组装超薄功能膜

本文利用所合成的4'-（4''-重氮基）苯基-（2,2':6',2'）-三联吡啶氟硼酸盐（Diazo-tpy）在紫外光照射下的光分解反应特性,实现三联吡啶基团与基片之间形成共轭价键连接,这不仅提高了自组装膜的稳定性,而且降低了载流子在两者之间传输时的阻抗;在此基础上,通过两端含三联吡啶的直线型配体1,4-二-(2,2':6',2'-三联吡啶)基苯（Bi-tpy）与四种过渡金属离子（Mtn+：Pt4+、Ru3+、Rh3+、Pd2+）之间的配位作用,通过层－层自组装制备了全共轭金属－有机自组装超薄功能膜。由紫外-可见光谱跟踪自组装过程证明了自组装过程的成功实现,还分析了金属离子的种类对自组装的影响规律。光电转换测试表明Bi-tpy/Ru3+自组装膜要比Bi-tpy/ Pt4+具有更明显的光电转换性能;同时,由于缺陷与阻抗随层数的增加而增大的原因,在自组装6层时光电流达到最大值。这为我们设计新型光电转换器件提供参考依据。     

基于静电自组装牛血清白蛋白复合膜的研究

利用静电层层自组装技术制备了聚乙烯亚胺-牛血清白蛋白复合膜,通过紫外-可见分光光度法监测该组装过程。牛血清白蛋白溶液的质量浓度为0.1g·L-1,聚乙烯亚胺溶液的浓度为10mmol·L-1,石英片基底在两种溶液中的浸泡时间为均为5min,每次浸泡后用水清洗3次,每次1min。多层膜在特征吸收处的吸光度随膜层数递增均匀增加,且吸光度与膜层数间呈线性关系,这表明该复合膜是均匀组装的。该组装过程具有良好的重现性。该复合膜的组装方法有望用于制备酶生物传感器。     

Role of Layer-by-Layer Deposition on Electrical and Optical Properties of PEDOT: PSS/Polyaniline Thin Films for Solar Cells

In this article, electrical and optical properties of PEDOT:PSS/Polyaniline: (PANI)bilayer thin films deposited on indium tin oxide (ITO) are reported. Spin coater has been used for fabrication of thin films of 40–50 nm thickness at 5000 rpm. The deposited thin films have been characterized by using Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), UV-vis spectroscopy and Keithley electrometer. Layer-by-layer (LBL) technique has been shown to produce electroactive polymer films with low roughness, excellent uniformity, and high electrical conductivity for heterojunction solar cells. The electrical response of fabricated films showing ohmic behavior for PEDOT: PSS/PANI thin films.     

High-Quality Thin Films of UiO-66-NH2 by Coordination Modulated Layer-by-Layer Liquid Phase Epitaxy

We report the fabrication of macroscopically and microscopically homogeneous, crack-free metal-organic framework (MOF) UiO-66-NH₂ (UiO: Universitetet i Oslo; [Zr₆O₄(OH)₄(bdc-NH₂)₆]; bdc-NH₂²⁻: 2-amino-1,4-benzene dicarboxylate) thin films on silicon oxide surfaces. A DMF-free, low-temperature coordination modulated (CM), layer-by-layer liquid phase epitaxy (LPE) using the controlled secondary building block approach (CSA). Efficient substrate activation was determined as a key factor to obtain dense and smooth coatings by comparing UiO-66-NH₂ thin films grown on ozone and piranha acid-activated substrates. Films of 2.60 μm thickness with a minimal surface roughness of 2 nm and a high sorption capacity of 3.53 mmol g⁻¹ MeOH (at 25 °C) were typically obtained in an 80-cycle experiment at mild conditions (70 °C, ambient pressure).     

含金属纳米粒子的层层自组装及单壁碳纳米管的催化生长

利用层间的静电吸附作用，重氮树脂和不同种类的含金属纳米粒子被依次吸附到硅片表面形成层层自组装膜。通过改变自组装膜的层数可以控制纳米粒子在表面吸附的量，同时利用重氮树脂的光敏特性可以实现纳米粒子在表面的图案化排布。以这些纳米粒子为催化剂，研究了单壁碳纳米管在硅片表面的化学气相沉积生长。     

静电自组装聚电解质/有机染料插层蒙脱土光致变色纳米复合膜

从构筑静电自组装聚电解质／有机染料插层蒙脱土光致变色纳米复合膜所必需 的基本纳米构件--有机染料插层蒙脱土光致变色纳米复合物的设计出发，制备了具有光致 变色功能的蒙脱土／阳离子偶氮染料（GTL）均插层纳米复合物现，插人蒙脱土层 间的GTL热稳定性大幅度提高．由于GTL在纳米受限空间的超分子有序结构共轭，使 偶氮基发生了高达91 nm的显著红移．使用该插层纳米复合物构件与阳离子聚电解 质（PDAC）通过静电自组装得到了生长均匀、排列规整有序的光致变色聚电解质／ 阳离子偶氮染料插层蒙脱土纳米复合膜.     

Tailored Solution-Based N-heterotriangulene Thin Films: Unravelling the Self-Assembly

The ability of a series of bridged triarylamines, so-called N-heterotriangulenes, to form multilayer-type 2D-extended films via a solution-based processing method was examined using complementary microscopic techniques. We found that the long-range order, crystallinity, and layer thickness decisively depend on the nature of the substituents attached to the polycyclic backbone. Owing to their flat core unit, compounds exhibiting a carbonyl unit at the bridge position provide a superior building block as compared to thioketone-bridged derivatives. In addition, nature and length of the peripheral substituents affect the orientation of the aromatic core unit within highly crystalline films. Hence, our results stress the significance of a suitable molecular framework and provide deeper understanding of structure formation in 2D-confined surroundings for such compounds.     

表面活性剂胶束实现疏水分子在聚合物微凝胶层层组装膜中的高效负载

基于层层组装技术制备了聚烯丙基胺-葡聚糖微凝胶(记作PAH-D)/透明质酸钠(HA)膜, 将包覆有芘分子的十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂胶束基于静电作用力负载到PAH-D/HA微凝胶膜中, 实现了疏水分子芘在微凝胶膜中的高效负载. 紫外-可见吸收光谱和荧光光谱证实了SDS胶束包覆的芘分子被稳定地负载在PAH-D微凝胶膜中. 透过光谱表明负载有芘分子的(PAH-D/HA)*10微凝胶膜在可见光区仍保持良好光学透过性. 芘在膜中的负载量可以通过改变PAH-D/HA微凝胶膜的沉积周期数和SDS胶束中包覆芘分子的浓度而实现调控. 具有光致变色性质的螺吡喃分子同样可以借助SDS胶束负载到PAH-D/HA微凝胶膜中, 制备具有光致变色性质的层层组装膜. 本工作为疏水有机分子在层层组装聚合物膜中的高效负载提供了一种简便、易行的方法.     

层层自组装聚烯丙胺盐酸盐/Pd纳米复合薄膜的制备及其电催化特性

利用层层静电自组装技术将聚烯丙胺盐酸盐(PAH)和四氯合钯酸根离子( )交替沉积在基底上, 然后用硼氢化钠还原, 构筑了含钯纳米粒子的PAH/Pd纳米复合薄膜. 通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、扫描电子显微镜(FESEM), X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安(CV)等手段对复合膜的组装、成分、微结构、表面形貌和光学性能进行了测试分析. FESEM图形显示膜表面有一定的粗糙度, 膜上生成了粒径在50～100 nm 范围的钯纳米粒子; UV-Vis结果显示多层膜在特征吸收峰处的吸光度数值随膜双层数增加逐渐增大, 呈良好的线性关系, 表明多层膜是均匀组装的; XPS结果证实了复合膜上有Pd生成, CV结果说明复合薄膜对尿酸的氧化具有较好的电催化活性, 有望用于电化学传感器.