[发明专利]一种阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜及其制备方法。该方法是将阴离子型聚合物与水溶液中制得的氯氧铋或溴氧铋正电荷纳米片经层层组装形成结构有序的阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋复合薄膜材料。该复合功能材料充分利用了氯氧铋和溴氧铋的层状结构和二维空间的限域作用以及主客体相互作用，以及阴离子型聚合物在溶液中的特定作用，使阴离子型聚合物在氯氧铋或溴氧铋层间均匀分散，实现了氯氧铋与溴氧铋的光电功能优化和调控，为分子自组装体系和氯氧铋或溴氧铋材料的进一步功能化和器件化铺平了道路。

技术领域

本发明属于有机-无机复合材料制备技术领域，特别涉及一种阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜及其制备方法。

背景技术

氯氧铋是一种近年来发展迅速的层状化合物，是一种具有广阔应用范围的无机半导体材料。它具有和石墨烯类似的层状结构，由带正电的BiO⁺层和带负电的Cl^-层堆砌而成，中间的Cl^-层板可以被其他的离子取代，例如Br^-，分子式可以表示成BiOCl。

作为一种4-5-6族三元化合物半导体，BiOCl属于四方晶系，它是一种开放的结构，由[Cl-Bi-O-Bi-Cl]重复单元堆砌而成，层间由非共价键(如范德华力)结合。在每个[Cl-Bi-O-Bi-Cl]层内，一个铋原子周围有4个氧原子和4个氯原子。由于层内的键很牢固而层间的键很弱，BiOCl是一种各向异性结构，有着优异的电学、光学和化学性质。它的独特性质决定了具有广泛的应用价值，在光解水和降解染料方面性能十分优越。

阴离子型聚合物的种类较多，主要有：聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚丙烯酸钠(PAAS)等及其衍生物。这类聚合物在溶液中呈现电负性，在层层组装过程中，是一类理想的负电层材料。

层层自组装是利用逐层交替沉积的方法，借助各层分子间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等),使层与层自发地缔和形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。过去这些年，以层层自组装技术制备薄膜有了很大突破，尤其是水滑石材料。氯氧铋是一种近年来发展迅速的层状化合物，以氯氧铋为基础发展了很多的复合材料，但应用层层自组装制备氯氧铋复合材料却鲜有报道。氯氧铋为层状材料，由带正电的BiO⁺层和带负电的Cl^-层堆砌而成，基于这种特殊的结构，本发明创造性实现了氯氧铋和阴离子型聚合物的层层自组装。

发明内容

本发明的目的是提供一种阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜及其制备方法。其制备过程简单，薄膜光电性能和厚度可在纳米级别精确可控。

本发明的技术方案是：将阴离子型聚合物与水溶液中制得的氯氧铋或溴氧铋正电荷纳米片经层层组装方法，形成结构有序的阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋复合薄膜材料。该复合功能材料充分利用了氯氧铋或溴氧铋的层状结构和二维空间的限域作用以及主客体相互作用，以及阴离子型聚合物在溶液中的特定作用，使阴离子型聚合物在氯氧铋或溴氧铋层间均匀分散，实现了氯氧铋与溴氧铋的光电功能优化和调控，为分子自组装体系和氯氧铋或溴氧铋材料的进一步功能化和器件化铺平了道路。

本发明所述的阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜为光电功能薄膜，其由有机组分阴离子型聚合物与无机组分氯氧铋或溴氧铋的正电荷纳米片在三维空间层层交替组装形成，具有明显的层状结构特征，通过改变组装层数和阴离子型聚合物浓度可对薄膜厚度在8-600纳米间均匀调控。

本发明所述的阴离子型聚合物与氯氧铋或溴氧铋的复合薄膜的制备方法如下：

1)将氯氧铋或溴氧铋分散在水中，分散浓度为0.5-5g/L，3000-5000转/分搅拌3-5小时，然后加入浓度为0.01-0.05mol/L的乙酸银溶液，银与铋元素的摩尔比为1:1-2:1，继续搅拌12-15小时后抽滤，得到的滤液为澄清透明的氯氧铋或溴氧铋的正电荷纳米片胶体溶液，记为溶液A；