金属有机框架化合物光学薄膜的制备与传感性能研究

摘要

金属有机框架化合物不仅具有巨大的比表面积和贯通的纳米孔道结构，而且具有丰富的主客体化学性质。利用 MOFs的这些优异性质发展高质量的传感器具有非常重要的意义。本文以发展基于金属有机框架光学薄膜的具有自表达特性的裸眼检测传感器为目标，以MOFs纳米颗粒为构筑基元，分别制备了MOFs单层光学薄膜、MOFs/TiO2交替多层光学薄膜和MOFs光学薄膜传感阵列，并研究它们的传感性能。开展的主要工作如下：
　　（1）制备MOFs单层光学薄膜并研究其传感性能。选用NH2-MIL-88B作为研究对象，通过水热法合成NH2-MIL-88B纳米颗粒，进而通过旋涂法制备光学薄膜。研究发现旋涂液浓度、旋涂速率、旋涂次数对光学薄膜性质均有影响。单层光学薄膜具有良好的传感性能，可以通过颜色变化选择性地检测出不同的溶剂，实现可视化裸眼检测。其选择性机理是NH2-MIL-88B在不同的溶剂蒸气氛围中具有不同程度的晶体结构改变。
　　（2）制备MOFs交替多层光学薄膜并研究其传感性能。选用NH2-MIL-88B作为研究对象，纳米TiO2层作为交替层，通过交替旋涂制备MOFs/TiO2交替多层光学薄膜。研究发现旋涂层数、NH2-MIL-88B纳米颗粒浓度、处理温度和入射光角度等因素对光学薄膜性质都有影响。光学薄膜对常见溶剂具有传感选择性，而且可用于检测水和乙醇混合溶剂的浓度。光学薄膜具有良好的热稳定性、抗超声破坏和耐久性。
　　（3）制备MOFs光学薄膜传感阵列并研究其传感性能。选用多种MOFs纳米颗粒，分别制备光学薄膜作为传感阵列单元。先研究每一种传感单元对溶剂蒸气的传感性能，然后将其阵列化。不同溶剂在传感阵列上有独特的响应信号，形成指纹谱，可以区分开。主成分分析表明传感阵列对醇类、烷烃类和水有非常好的区分度。聚类分析表明传感阵列可以很好地对目标分子进行分类，甲醇、乙醇和异丙醇化学结构有内在的联系分为一大类，而水和庚烷则可以分为另外两类。

目录

声明

缩略语表

第一章 绪论

1.1 金属有机框架化合物（MOFs）

1.2 单层光学薄膜

1.3 交替多层光学薄膜

1.4 光学薄膜传感阵列

1.5 论文选题依据与研究内容

第二章 实验设计与表征方法

2.1 实验药品与仪器

2.2 实验方法

2.3 实验分析表征方法

第三章 MOFs单层光学薄膜的制备及传感性能研究

3.1 MOFs纳米颗粒的制备与表征

3.2 MOFs单层光学薄膜的制备与表征

3.3 MOFs单层光学薄膜的传感性能研究

3.4 小结

第四章 MOFs/TiO2交替多层光学薄膜的制备及传感性能研究

4.1 MOFs纳米颗粒的制备与表征

4.2 TiO2纳米颗粒的制备与表征

4.3 MOFs/TiO2交替多层光学薄膜的制备与表征

4.4 MOFs/TiO2交替多层光学薄膜的传感性能研究

4.5 小结

第五章 MOFs光学薄膜传感阵列的制备及传感性能研究

5.1 MOFs纳米颗粒的制备与表征

5.2 MOFs光学薄膜传感阵列的制备与表征

5.3 MOFs光学薄膜传感阵列的传感性能研究

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果