光活性染料分子與層狀雙金屬氫氧化物復合膜的組裝和性質研究.pdf

1、目前，在層狀雙金屬氫氧化物(LDHs) 層間插入特定功能性無機分子、有機陰離子、聚合物或生物大分子等制備層狀納米復合材料已成為功能材料領域中研究的熱點。功能性染料分子插入到層狀無機材料中可以大大提高其光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以用于制備固體染料激光器、光信息存儲材料、非線性光學器件、化學傳感器、太陽能電池等，具有非常廣的應用前景。制備此類夾層納米復合材料，關鍵技術是通過離子交換實現分子的插入。本文通過非穩(wěn)態(tài)共沉淀法合成了膠態(tài)分散的[Mg-A

2、l-Cl]LDHs，并通過甲基橙(MO)或剛果紅(CR)陰離子的插層研究了其離子交換特性。進一步采用LB技術與離子交換方法相結合，制備了[Mg-Al-Cl]LDHs納米粒子與功能染料分子MO或CR的復合薄膜，并對該復合薄膜材料進行了結構和性質表征。 一、層狀[Mg-Al-Cl]LDHs 主體材料的合成及其離子交換性能的研究在眾多的無基層狀材料中，LDHs是唯一的一種帶正電荷、可進行插層反應的物質。在制備夾層納米復合材料時，具有組

3、分和層電荷密度可調、層片為一褶皺多面層、比2：1型層狀硅酸鹽具有更多的伸展性等多種優(yōu)點，越來越引起人們的注意。本章采用液相非穩(wěn)態(tài)共沉淀法合成了膠態(tài)分散的[Mg-Al-Cl]LDHs，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、X射線衍射、紅外光譜、透射電鏡、原子力顯微鏡以及粒度分布儀等對所合成產品的元素組成、形貌以及粒度分布等進行了表征。實驗結果表明，制備的LDHs為六邊形層片狀顆粒，平均粒徑約為100－120nm之間，層片厚度約為5nm。

4、 通過有機陰離子與[Mg-Al-Cl]LDHs的插層反應，研究了LDHs的離子交換性能。實驗結果表明，所合成的膠體分散的LDHs顆?？梢耘c功能性染料分子MO和CR發(fā)生離子交換反應，生成相應的有機－無機納米復合材料。 二、LDHs/染料分子納米復合膜材料的制備與表征LB技術制備的有機－無機納米復合材料，由于其層數和層的順序可在分子水平上控制，分子排列高度有序、結構和組成多樣性，受到化學、物理、光學、生物、材料、等多學科科學工作者的

5、普遍關注。本論文將LB技術與離子交換方法相結合制備了結構層狀有序的LDHs/MO和LDHs/CR納米復合膜材料。以花生酸單分子層做模版，制備了X-型AA/LDHs復合膜，利用π-A等溫線、透射電鏡、X射線衍射、紅外光譜等對該復合膜進行了表征。結果表明，LDHs顆粒以靜電作用吸附在了AA分子單層下，在氣/液界面上形成了穩(wěn)定的復合單層膜。以LB技術將空氣/水界面的AA/LDHs復合單層轉移到固體基片上，然后將其浸入到染料分子的水溶液中，利用

6、該復合膜中LDHs粒子的離子交換性質，將染料分子MO和或CR插層于AA/LDHs復合膜中，形成納米復合薄膜。通過UV-Vis吸收光譜、偏振UV-Vis吸收光譜、X射線衍射以及紅外光譜對該復合膜進行了結構表征。實驗結果表明，MO和CR分子確實插層到復合膜中LDHs的層間通道中，且形成的AA/LDHs/Dyes復合膜具有良好的縱向均勻性。插層于AA/LDHs復合膜中LDHs層間通道中的MO分子形成了H-型聚集體，MO分子的長軸垂直于層板平面

7、有序排列成單分子層，且分子末端的磺酸基上下交替的吸附在層板上；而CR分子則在LDHs的層間通道中形成了J-型聚集體，CR分子的長軸近乎平行于LDHs層板平面排列成單分子層。CR分子中的兩個磺酸基結合在通道同側的層板上。 此外，AA/LDHs復合膜中LDHs的層狀結構可以控制染料分子MO和CR等染料分子的聚集態(tài)和取向。換句話說，復合膜中的染料分子具有穩(wěn)定的構象，同時可以提高MO和CR分子的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。因此這類復合膜在分子器