《基於MOF功能化的一維光子晶體的構建及其感測性能研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由陶呈安擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於MOF功能化的一維光子晶體的構建及其感測性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陶呈安
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
具有結構顏色的一維光子晶體在自然界中廣泛存在，然而，利用合成手段來製備這類材料，並賦予一系列人們所需的功能卻是一項極富有挑戰性的研究課題。基於已取得的初步研究結果，我們提出了構建基於金屬有機框架（MOF）的一維光子晶體感測體系的研究。這一體系有機結合了光子晶體和MOF兩者的優點，不僅由於MOF有較小的折射率，而具有鮮亮的結構顏色，而且得益於MOF的豐富的主客體化學性質，具有選擇性識別的智慧型性。更重要的是，MOF受到外界刺激時，其折射率和厚度發生改變，引起光子晶體布拉格衍射峰發生偏移，從而可用裸眼觀察到顏色變化，使該體系具有自表達特性。本項目的設立與開展，一方面，探索出一條簡單、有效、可控的構建內在功能化一維光子晶體感測體系的新途徑；另一方面，這一體系的構建也將有利於分子的吸附與存儲，分子識別，結構-功能的關係等基礎性問題的研究，以期獲得深層次的認識，為其他感測體系的構建提供有價值的信息。
結題摘要
利用合成手段來製備具有結構顏色的一維光子晶體，並賦予其優異的感測性能，實現對客體分子的裸眼檢測具有重要的意義。針對此問題，本項目開展了構建基於金屬有機框架（MOF）的一維光子晶體感測體系的研究。主要工作有：（1）製備出10種納米尺度的MOFs，並進行詳細表征，製備方法包括超聲輔助法、微乳液法、沉澱法、水熱法、配體置換法等方法；（2）利用旋塗法製備出7種具有光學平整度的MOFs光學薄膜，並系統研究濃度、旋塗速率和旋塗次數對MOFs光學薄膜光學性質的影響；（3）首次將柔性MOFs引入到一維光子晶體結構中，利用旋塗法成功製備6種基於柔性MOFs的一維光子晶體，系統研究溶劑、光學薄膜層數、濃度對一維光子晶體的影響；（4）研究單層MOFs感測性能。單層NH2-MIL-88B光學薄膜可以通過顏色變化選擇性地檢測出不同的溶劑，實現可視化裸眼檢測。其選擇性機理是NH2-MIL-88B在不同的溶劑蒸氣氛圍中具有不同程度的晶體結構改變。在此基礎上，詳細研究了6種一維光子晶體對有機溶劑蒸氣的感測性能。其對常見溶劑具有感測選擇性，而且可用於檢測水和乙醇混合溶劑的濃度。光學薄膜具有良好的熱穩定性、抗超聲破壞和耐久性。並通過改變NMOFs的種類、形狀、交替層氧化物的種類和粒徑大小等因素來比較器感測性能，探討其感測機理。（5）構建MOFs光學薄膜感測陣列。其對不同溶劑有獨特的指紋回響，對醇類、烷烴類和水有非常好的區分度，可以實現對目標分子的分類識別。（6）製備了發光性的MOFs對有機溶劑蒸汽進行回響研究。本項目成功探索出一條簡單、有效、可控的構建內在功能化一維光子晶體感測體系的新途徑，為發展高性能裸眼可視感測器打下基礎，也為MOFs中的主客體化學及分子識別研究提供一個可視化的平台。在J. Mater. Chem. A, J. Mater. Chem. C等國際期刊上發表期刊論文3篇，申請國家發明專利1項。
