一種釕配合物/石墨烯復(fù)合膜和在hopg上制備釕配合物/石墨烯復(fù)合膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種釕配合物/石墨烯復(fù)合膜和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復(fù) 合膜的方法，屬于分子自組裝化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來在光刻、電子束刻蝕、離子刻蝕、氣相沉積等物理微加工技術(shù)快速發(fā)展的同 時(shí)，利用化學(xué)自組裝技術(shù)構(gòu)筑有序微結(jié)構(gòu)也受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。分子自組裝薄膜 是分子通過化學(xué)鍵相互作用自發(fā)吸附在固/液或氣/固界面而形成的熱力學(xué)穩(wěn)定和能量最 低的有序膜。通過自組裝技術(shù)形成的單分子層、膜，囊泡，微管和生物傳感器，神經(jīng)修復(fù)材料 以及基因傳輸系統(tǒng)等，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)診斷和治療有重要作用。由于分子有自組裝能力，可以減 少半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的復(fù)雜性，從而有可能降低成本。隨著微電子及時(shí)的不斷發(fā)展，正需要 更多的小體積、多功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的納米級(jí)構(gòu)造單元。利用自組裝技術(shù)，不僅能對(duì)材料表面 修飾而獲得原本不具備的光、電、磁、力等性能的新材料，而且還能制造出分子開關(guān)，分子存 儲(chǔ)器，分子導(dǎo)線，分子集成電路等小型器件。
[0003] HOPG(HighlyOrientedPyrolyticGraphite，高定向熱解石墨)是一種新型高純 度碳，是熱解石墨經(jīng)尚溫尚壓處理后制得的一種新型石墨材料，HOPG最突出的功能是有一 個(gè)非常光滑的表面和電導(dǎo)性，其表面幾乎為一個(gè)石墨層，具有層狀結(jié)構(gòu)，使得樣品制備非常 簡(jiǎn)單，用一條膠帶粘在HOPG的表面上，然后將其撕下，膠帶上就會(huì)粘有一層薄薄的H0PG，新 裂表層是新的光滑的導(dǎo)電表面，可以用作樣本基底材料。由于HOPG具有JI-電子環(huán)境，可 以通過31-31相互作用連接其他具有Ji-電子環(huán)境的配合物來制備出具備優(yōu)異性能的分子 膜。
[0004] 石墨烯（Graphene)是一種由碳原子以SP2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平 面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，且具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性。另外，石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只 吸收2. 3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m*K，高于碳納米管和金剛石。因?yàn)樗碾娮杪蕵O 低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或 晶體管。由于石墨烯實(shí)質(zhì)上是一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、 甚至是太陽(yáng)能電池。石墨烯這種新型的納米碳材料具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)與光 學(xué)性能，采用石墨烯薄膜來替代現(xiàn)有電子器件中的導(dǎo)電材料，預(yù)期能夠極大提升現(xiàn)有器件 的性能。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)在單分子膜上自組裝石墨烯的方法的研宄還未見報(bào)道。公開的石墨烯 的自組裝方法主要有：[0006][0007][0008]目前，單分子膜自組裝法是一種有利于控制組裝結(jié)構(gòu)和形態(tài)的有效方法，可在電 極的表面通過過共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵而自發(fā)形成高度有序的單分子層。自組裝膜分子排列有 序緊密，但組裝過程復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，需在在干凈、密閉性較好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。而且， 為使反應(yīng)物與基片活性部分快速、有效地反應(yīng)，配合物需在溶劑中有較好的溶解度。此外， 常規(guī)方法一般是將石墨烯與配合物分散于水中，長(zhǎng)時(shí)間超聲混合，但是此方法中石墨烯易 團(tuán)聚，配合物分子的附著量少。因而設(shè)計(jì)發(fā)明一種可定向、自組裝過程簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高且可 重復(fù)性好的將石墨烯組裝到單分子膜上的方法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種釕配合物/石墨烯復(fù)合膜 和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復(fù)合膜的方法。本發(fā)明中對(duì)稱性釕配合物分子中的一 對(duì)芘基與HOPG表面通過非共價(jià)鍵的作用，將釕配合物分子固定在HOPG表面，另一對(duì)芘基與 具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Ji-電子環(huán)境的石墨烯通過JI-Ji相互作用，將石墨烯固定在釕配合物單 分子膜上，從而實(shí)現(xiàn)在單分子膜上自組裝石墨烯，本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，石墨烯在基底上 修飾均勻充分，在室溫下使用簡(jiǎn)單容器即可操作，無需特殊條件和設(shè)備。本發(fā)明中將比表面 積大，導(dǎo)電性高，熱化學(xué)性能穩(wěn)定的石墨烯組裝到單分子膜上，可有效提高基片的電化學(xué)活 性，且制備的薄膜具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，薄膜的厚度可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過 以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0010] 一種釕配合物/石墨烯復(fù)合膜，該釕配合物/石墨烯復(fù)合膜中對(duì)稱性釕配合物分 子中的一對(duì)芘基與HOPG表面通過非共價(jià)鍵的作用，將釕配合物分子固定在HOPG表面，另一 對(duì)芘基與具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Ji-電子環(huán)境的石墨烯通過JT-JT相互作用，將石墨烯固定在釕 配合物單分子膜上，該對(duì)稱性釕配合物[Ru(Py2G1MeBip)2] (PF6)2的化學(xué)通式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種釘配合物/石墨締復(fù)合膜，其特征在于：該釘配合物/石墨締復(fù)合膜中對(duì)稱 性釘配合物分子中的一對(duì)巧基與HOPG表面通過非共價(jià)鍵的作用，將釘配合物分子固定在 HOPG表面，另一對(duì)巧基與具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的31-電子環(huán)境的石墨締通過31-31相互作用，將石 墨締固定在釘配合物單分子膜上，該對(duì)稱性釘配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2的化學(xué)通式 如下：
2. -種在HOPG上制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘配合物/石墨締復(fù)合膜的方法，其特征 在于具體步驟如下： 步驟UHOPG基片上釘配合物單分子膜的自組裝：在干凈的容器中加入二氯甲燒，稱取 一定量的釘配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2溶解于二氯甲燒溶液中，制得釘配合物溶液； 將膠帶按壓在HOPG表面上，然后剝離，得到新的光滑導(dǎo)電表面；將HOPG光滑的導(dǎo)電表面浸 沒于釘配合物溶液中，輕微震蕩除去氣泡，在室溫下浸潰后取出HOPG基底，用二氯甲燒清 洗干凈后惰性氣體吹干，即得到釘配合物單分子膜修飾的HOPG基片； 步驟2、石墨締分散液的配制：將SDS溶解于水中得到SDS水溶液，將石墨締分散在SDS 水溶液中，超聲波分散處理后離屯、分離除去底部殘?jiān)玫绞喎稚⒁海? 步驟3、石墨締在單分子膜上的自組裝；將步驟1制備得到的釘配合物單分子膜修飾的 HOPG基片基片浸沒于步驟2得到的石墨締分散液中，輕微震蕩除去氣泡，在室溫下浸潰后 取出HOPG基片用甲醇洗凈，惰性氣體吹干即能制備得到釘配合物/石墨締復(fù)合膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復(fù)合膜的方法，其特征在 于：所述步驟1中釘配合物溶液的濃度為50 y M，浸潰時(shí)間為6?12h。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復(fù)合膜的方法，其特征在 于：所述步驟2中SDS水溶液的濃度為2%，超聲波分散處理時(shí)間為0. 5?1.化，離屯、分離時(shí)間 為]~化，轉(zhuǎn)速為15krpm。
5. 據(jù)權(quán)利要求2所述的在HOPG上制備釘配合物/石墨締復(fù)合膜的方法，其特征在于： 所述步驟3中浸潰時(shí)間為10?2化。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種釕配合物/石墨烯復(fù)合膜和在HOPG上制備釕配合物/石墨烯復(fù)合膜的方法，屬于分子自組裝化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該釕配合物/石墨烯復(fù)合膜中對(duì)稱性釕配合物分子中的一對(duì)芘基與HOPG表面通過非共價(jià)鍵的作用，將釕配合物分子固定在HOPG表面，另一對(duì)芘基與具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的π-電子環(huán)境的石墨烯通過π-π相互作用，將石墨烯固定在釕配合物單分子膜上，該對(duì)稱性釕配合物的化學(xué)式為[Ru(Py2G1MeBip)2](PF6)2。首先在HOPG基片上自組裝釕配合物單分子膜，然后配制石墨烯分散液，最后石墨烯自組裝在經(jīng)釕配合物修飾的HOPG基片上。本發(fā)明制備的薄膜具有良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，薄膜的厚度可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01L31-0224, H01L31-18
【公開號(hào)】CN104600133
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410839890
【發(fā)明人】王 華, 楊麗, 李孔齋, 魏永剛, 祝星
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日