[发明专利]两亲性钌配合物单分子膜定向修饰的石墨烯基片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种两亲性钌配合物单分子膜定向修饰的石墨烯基片及其自组装方法，具体涉及一种在石墨烯导电基底上定向自组装两亲性钌配合物形成单分子膜而制得经定向修饰的石墨烯基片的方法，属于分子自组装化学领域。

背景技术

自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。目前多吡啶钌配合物的组装主要有层层吸附（LBL）、单分子层自组装(SAM)、化学吸附法、分子沉积法、旋涂法、电化学方法、LB膜、共键合作用等方法。

配合物自组装是指配合物分子在氢键、静电相互作用、疏水亲脂作用、范德华相互作用等作用下，自发地构筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程，是根据分子的自组装作用，在电极表面形成高度有序的分子层建立的，其中多分子的多元单分子层自组装法是一种有利于控制组装结构和形态的有效方法。自组装膜分子排列有序紧密，不会被水和有机溶剂溶解洗脱，且对酸、碱和离子渗透都有较强的抵抗能力。

钌配合物因其溶解性好、稳定性好、氧化还原电位比较低、高的电化学发光效率和好的兼容性而拥有优良的电化学发光性能。钌配合物较好的溶解性决定了其可以通过改变不同的阴离子使其在水和有机溶剂中都有很好的溶解性。其氧化还原电位比较低，因此在可以获得的电压下很容易进行电子转换反应，容易产生激发态，产生发光现象。

石墨烯是一种由碳原子SP²杂化组成的二维层状碳材料，具有巨大的理论比表面积，独特的高导电性和良好的热化学稳定性等优点，在光学、电学、生物传感等领域有着诱人的应用前景。由于石墨烯具有网状结构的π-电子环境，可以通过π-π相互作用连接其他具有π-电子环境的配合物来制备出具备优异性能的分子膜。

目前国内对在石墨烯上定向自组装两亲性钌配合物单分子膜的方法的研究还未见报道。公开的分子膜的自组装方法主要有：

公开号为CN 102659185 A的中国专利公开的“分子自组装单层针铁矿纳米材料的制备方法及其应用”中，提供一种分子自组装单层针铁矿纳米材料的制备方法及其应用，将分子自组装单层针铁矿纳米材料作为一种固定化技术，所得到的材料应用于处理苯酚水溶液，苯酚转化率和COD 降解率高。

公开号为CN 101768010 A的中国专利公开的“超薄类金刚石碳薄膜的制备方法”中，公开了一种通过自组装有机单分子膜作为调制层制备超薄类金刚石碳薄膜的制备方法。该方法制备的薄膜具有优良的摩擦磨损特性。

公开号为CN 1483851 A的中国专利公开的“在汽相中制备自组装单分子膜的方法及汽相组装仪”中，将新鲜的基片放入由带真空阀的管道连接的两个真空室构成的汽相组装仪中之可抽真空的真空室中抽真空后移取待组装的物质至组装仪中之另一个真空室中，将连接两个真空室的真空阀打开一段时间后关闭阀门，即在基片上获得产物。该方法所用基片必须是新鲜制备的金属膜，待组装分子的材料要包括硫醇和硅烷，且需在真空下操作，做设备要求高。

目前，配合物的单分子膜自组装法是一种有利于控制组装结构和形态的有效方法，可在电极的表面通过共价键或非共价键而自发形成高度有序的单分子层。自组装膜分子排列有序紧密，但组装过程复杂，对设备要求高。因而设计发明一种可定向、自组装过程简单且能形成稳定性高、可重复性好的分子膜方法十分必要。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供了一种两亲性钌配合物单分子膜定向修饰的石墨烯基片，将两亲性钌配合物分子中的芘基通过非共价键的作用固定在石墨烯导电基底上，形成两亲性钌配合物单分子膜定向修饰的石墨烯基片，其中两亲性钌配合物的化学结构式如下：

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本发明另一目的是提供一种两亲性钌配合物单分子膜定向修饰的石墨烯基片的自组装方法，具体步骤如下：

（1）两亲性钌配合物溶液的配制：在干净的烧杯中加入超纯水，用氨水调制pH至10~12，称取两亲性钌配合物溶解于上述溶液中，用HCl调节pH至5~7后，制得浓度为49~51μM两亲性钌配合物溶液；

（2）石墨烯分散液的配制：将十二烷基硫酸钠（SDS）溶解于水中（SDS的质量与水的体积比为2:100，g/ml）得到2%（w/v）的SDS水溶液，将石墨烯（Graphene，-325mesh）分散在SDS水溶液中(石墨烯的质量与SDS水溶液的体积之比为2:10~4:10， mg/ml)，超声波分散处理0.5h~1.5h后在15krpm转速下离心分离1~3h除去底部残渣，得到石墨烯分散液；