分子自組裝的基本過程是系統中的分子無序到有序聚集成納米尺度的聚集體,利用分子自組裝技術制備的功能化復合材料具有廣泛的應用價值。水滑石(LDH)這類陰離子型層狀材料因結構的特殊性,在催化、生物傳感、藥物儲存-遞送代理、電化學儲能等各種技術領域有廣泛應用。近幾年研究發現,在使用LDH粉體過程中,分散片層容易丟失還不易被回收。因此,用LDH分散片組裝制備新型功能薄膜材料成為現今研究的熱點問題。

本研究利用共沉淀法、離子交換法和水熱合成法制備了功能化的LDH,通過超分子自組裝技術設計合成了幾種LDH/染料復合LB膜,并對LB膜的自組裝機理和性能進行探討。首先,使用LB技術合成了功能化二維鎂鋁水滑石(LDH-Ise)與亞甲基藍(MB)、中性紅(NR)、羅丹明B(RhB)、藏紅T(ST)四種染料自組裝的Langmuir復合膜,并對其組裝過程的多樣化和化學氣體傳感機理進行了探討。分析認為,LDH-Ise/染料LB復合膜中不同染料分子與LDH之間的各種協同作用促使染料在LDH表面產生不同行為的聚集。

與傳統混合滴膜相比,LB復合膜對酸/堿氣體具有更高的感應靈敏度和循環使用性。其次,還利用LB技術構筑了均勻致密的鎳鐵水滑石(NiFe-LDH)與偶氮苯類化合物(N-Azo和PAA-Azo)在界面組裝復合膜,探究其光致異構和氣體傳感效應。

研究發現,功能化LDH與兩種偶氮苯化合物組裝產生了多種行為聚集體,結合紫外光譜表明NiFe-LDH/偶氮苯類LB復合膜具有良好的紫外光異構穩定性和氣體傳感性能。為了進一步探究功能化鎳鐵LDH半導體性質及其與染料之間的作用機制,設計得到復合有序的NF-LDH/染料組裝Langmuir膜,研究其形貌特征和光電轉換行為。

實驗結果表明在引進染料結構后,氣液界面LB自組裝作用促進了其在LDH表面的團聚。與純LDH和染料傳統涂布的膜電極相比,功能NF-LDH/染料LB復合膜電極具有良好的光電流增強性和穩定的使用性。