[发明专利]一种将石墨烯自组装到两亲性钌配合物上制备单分子膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将石墨烯自组装到两亲性钌配合物上制备单分子膜的方法，属于分子自组装化学技术领域。

背景技术

分子自组装是在平衡的条件下，通过共价键或非共价键相互作用，自发地缔合形成稳定的、结构完美的二维或三维超分子的过程。功能分子通过自组装成膜能形成具有特定功能的组件，而不同的组件又能通过自组装技术，组装成各种超薄的微型电子器件。目前，绝大部分的有序纳米结构材料与器件都是用自组装技术来制备的。因此，分子自组装技术在分子电子学中有着巨大的应用前景。

分子自组装薄膜是分子通过化学键相互作用自发吸附在固/液或气/固界面而形成的热力学稳定和能量最低的有序膜。当吸附分子存在的情况下，局部已形成的无序单层可以自我再生成更完善的、有序的自组装膜。自组装单层膜是通过有机分子在固体表面吸附而形成的有序分子膜，它是将合适的基底浸入到待组装分子的溶液或气氛中后，分子自发地通过化学键牢固地吸附在固体表面而形成一种有序分子组合体，其中的分子排列有序，缺陷少。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子网格，被认为是平面多环芳香烃原子晶体。石墨烯的结构非常稳定，碳碳键仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，而电阻率只约10-6Ωcm，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

目前国内对将石墨烯自组装到两亲性钌配合物上制备单分子膜的方法的研究还未见报道。公开的石墨烯的自组装方法主要有：

公开号为CN102850360A的中国专利公开的“静电组装制备石墨烯/金属酞菁类化合物复合材料的方法”，将氧化石墨烯通过静电吸附作用与PDDA结合，并用还原剂将其还原为石墨烯，得到GR/PDDA复合材料，然后继续通过静电吸附作用与金属酞菁类化合物结合最终得到石墨烯/金属酞菁类化合物复合材料。

公开号为CN102924274A的中国专利公开的“一种导电仿贝壳层状石墨烯复合材料的制备”中，通过氧化石墨烯均匀水溶液的制备、氧化石墨烯薄膜的组装、PCDO与氧化石墨烯的酯化及PCDO的交联、氧化石墨烯的还原来制备种导电仿贝壳层状石墨烯复合材料的制备。该方法需在真空下进行操作，以及波段为365nm的中紫外光照射。

公开号为CN103741264A的中国专利公开的“一种通过大片层氧化石墨烯自组装制备石墨烯纤维的方法”中，以石墨作为基本材料制成大片层氧化石墨烯，通过氧化石墨烯在凝固液中自组装形成石墨烯纤维。通过调节凝固液的类型、氧化石墨烯的浓度来制备不同类型的石墨烯纤维。该方法需在真空环境下高温还原。

目前，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，需在在干净、密闭性较好的实验室内进行。而且，为使反应物与基片活性部分快速、有效地反应，配合物需在溶剂中有较好的溶解度。此外，常规方法一般是将石墨烯与配合物分散于水中，长时间超声混合，但是此方法中石墨烯易团聚，配合物分子的附着量少。因而设计发明一种可定向、自组装过程简单、稳定性高且可重复性好的将石墨烯组装到单分子膜上的方法十分必要。

发明内容