分子自組裝的基本過程是系統(tǒng)中的分子無序到有序聚集成納米尺度的聚集體,利用分子自組裝技術制備的功能化復合材料具有廣泛的應用價值。水滑石(LDH)這類陰離子型層狀材料因結構的特殊性,在催化、生物傳感、藥物儲存-遞送代理、電化學儲能等各種技術領域有廣泛應用。近幾年研究發(fā)現,在使用LDH粉體過程中,分散片層容易丟失還不易被回收。因此,用LDH分散片組裝制備新型功能薄膜材料成為現今研究的熱點問題。

本研究利用共沉淀法、離子交換法和水熱合成法制備了功能化的LDH,通過超分子自組裝技術設計合成了幾種LDH/染料復合LB膜,并對LB膜的自組裝機理和性能進行探討。首先,使用LB技術合成了功能化二維鎂鋁水滑石(LDH-Ise)與亞甲基藍(MB)、中性紅(NR)、羅丹明B(RhB)、藏紅T(ST)四種染料自組裝的Langmuir復合膜,并對其組裝過程的多樣化和化學氣體傳感機理進行了探討。分析認為,LDH-Ise/染料LB復合膜中不同染料分子與LDH之間的各種協(xié)同作用促使染料在LDH表面產生不同行為的聚集。

與傳統(tǒng)混合滴膜相比,LB復合膜對酸/堿氣體具有更高的感應靈敏度和循環(huán)使用性。其次,還利用LB技術構筑了均勻致密的鎳鐵水滑石(NiFe-LDH)與偶氮苯類化合物(N-Azo和PAA-Azo)在界面組裝復合膜,探究其光致異構和氣體傳感效應。

研究發(fā)現,功能化LDH與兩種偶氮苯化合物組裝產生了多種行為聚集體,結合紫外光譜表明NiFe-LDH/偶氮苯類LB復合膜具有良好的紫外光異構穩(wěn)定性和氣體傳感性能。為了進一步探究功能化鎳鐵LDH半導體性質及其與染料之間的作用機制,設計得到復合有序的NF-LDH/染料組裝Langmuir膜,研究其形貌特征和光電轉換行為。

實驗結果表明在引進染料結構后,氣液界面LB自組裝作用促進了其在LDH表面的團聚。與純LDH和染料傳統(tǒng)涂布的膜電極相比,功能NF-LDH/染料LB復合膜電極具有良好的光電流增強性和穩(wěn)定的使用性。