[发明专利]一种金属有机框架ZIF-8光子晶体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及光子晶体技术领域，尤其涉及一种金属有机框架ZIF‑8光子晶体及其制备方法与应用。本发明公开了一种金属有机框架ZIF‑8光子晶体的制备方法，该制备方法以醋酸锌和二甲基咪唑为前驱体，利用表面活性剂控制金属有机框架ZIF‑8过程中的晶面生长，得到了立方形ZIF‑8胶体颗粒，并首次组装得到了简单立方晶型的光子晶体，该光子晶体具有明亮持久的结构色，此结构色可源于光子晶体的一级衍射或二级衍射，而且该光子晶体较好的维持了ZIF‑8本身的晶体结构、比表面积和孔道结构。

技术领域

本发明涉及光子晶体技术领域，尤其涉及一种金属有机框架ZIF-8光子晶体及其制备方法与应用。

背景技术

尺寸均一的胶体颗粒可以在一定条件下结晶从而得到胶体晶体，这种胶体晶体具有特殊的光学性能，故而被称为光子晶体。光子晶体作为一种介电材料，具有周期性变化的折射率和独特的光子带隙，得以抑制某些波长的光通过光子晶体。当波长在可见光范围内时，光子禁带的存在使得光子晶体具有明亮的结构颜色。得益于此，光子晶体在传感器、显示器、生物编码、防伪、以及分离和光学设备中有广泛的潜在应用价值。因此，近年来，光子晶体引起了人们的广泛兴趣。

目前组装光子晶体通常使用球形的胶体颗粒，它们一般只能组装成为面心立方(FCC)、六角密堆积(hcp)、及随机密堆积(rcp)三种晶体结构，结构单一。除此之外，目前大部分使用的胶体颗粒材料局限于聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和二氧化硅，这在很大程度上限制了光子晶体的功能化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属有机框架ZIF-8光子晶体及其制备方法与应用，本发明首次以醋酸锌和二甲基咪唑为前驱体，利用表面活性剂控制金属有机框架ZIF-8过程中的晶面生长，得到的立方形ZIF-8立方晶型具有高比表面积和孔道结构，且具有明亮持久的结构色。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种金属有机框架ZIF-8光子晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将2-甲基咪唑和表面活性剂溶于水，得到混合溶液；

步骤2：将所述混合溶液与醋酸锌溶液混合，进行反应，将所述反应产物离心后，用水将沉淀分散，得到胶体分散液，干燥后得到金属有机框架ZIF-8光子晶体。

本发明以醋酸锌和二甲基咪唑为前驱体，利用表面活性剂控制金属有机框架ZIF-8过程中的晶面生长，得到了立方形ZIF-8胶体颗粒，并首次组装得到了简单立方晶型的光子晶体。

本发明步骤1中，所述混合溶液中，2-甲基咪唑的浓度为2-10mol/L，表面活性剂的浓度为0.1-10mol/L；

所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵或十四烷基三甲基溴化铵，优选为十六烷基三甲基溴化铵。本发明可以通过改变合成金属有机框架胶体过程中所使用的表面活性剂的种类和用量对其颗粒的形状进行调控，得到不同形状的多面体胶体颗粒，并以此胶体颗粒为组装单元进行组装可以获得有别于传统球形胶体颗粒组装的三种晶型的光子晶体(面心立方(FCC)、六角密堆积(hcp)、及随机密堆积(rcp))。

本发明步骤2中，反应液中醋酸锌的浓度为0.30～0.35mol/L，优选为0.32mol/L；

所述2-甲基咪唑、醋酸锌和表面活性剂的摩尔比为2481：271：1～2720:320:1，优选为2720:320:1；

所述反应在常温常压下进行，反应的时间为1-5h。本发明中，常温为25±5℃；

所述干燥具体为：将胶体分散液滴加在载玻片上，然后烘干，得到金属有机框架ZIF-8光子晶体；所述金属有机框架ZIF-8光子晶体的厚度为8～12mm，优选为10mm。