固体基底上多层有序分子膜层间可控导入功能分子和金属离子的研究

不同固体表面上的多层有机/无机杂化超薄膜材料是纳米复合材料研究和新型功能器件研制的基础。本项目利用氢键为成膜推动力的层状组装技术，构筑固体表面上高度有序分子尺度精度的多层自组装分子膜。利用多层分子膜层间界面的化学特性，探索功能分子和金属离子在多层膜层间的插入和在多层膜层间的有限空间内横向传递的问题，系统考察功能分子和金属离子在多层膜层间传递的规律；研究通过调节组装溶液的酸碱度和功能分子与离子的浓度等因素，调控插入功能分子和离子等的数量。利用多层有序分子膜层间微小空间形成的反应器，原位合成具有尺寸效应或其它各种与尺寸相关效应的功能纳米粒子，实现有机膜层与无机功能纳米粒子层有序杂化结构的构筑，制备结构和组成可控的有机/无机杂化功能超薄膜材料。本项目的研究不仅为有机膜介质中原位合成可控粒径和密度的多类纳米粒子提供相关的实验基础，而且还为开发纳米尺度的反应器来储存和释放功能分子和离子提供新的思路。

本项目利用化学静电自组装技术，以石英片、硅片、导电玻璃为基片，制备了金、银、铜、镍纳米粒子复合的壳聚糖与聚苯乙烯磺酸钠吸附的复合多层膜，并原位合成了金、银、铜、镍纳米粒子等多层有机杂化薄膜，实现了有机膜层与无机功能纳米粒子层杂化结构的构筑。研究并发现此类纳米粒子复合多层膜可用于室温下催化氧化葡萄糖分子。通过化学组装和原位还原反应，在固体基底上合成了PTA(磷钨酸)/Ag纳米粒子复合薄膜和超小粒径的纳米金粒子的亚单层膜。利用上述所获得的多层有机杂化膜或无机纳米粒子薄膜，作为电化学检测材料对4-氯苯酚、双氧水进行了检测，特别是对双氧水实现了10 nM (S/N = 3)的超低浓度检测限，这种非酶基电极材料优于文献报道，是一类有潜力的电化学传感器材料; 采用水热反应等方法，利用介孔TiO2孔道的微小空间，实现了孔道内纳米Au复合材料的原位合成，并通过反应条件控制了粒径的大小，制备了Au NPS/TiO2无机杂化材料。此外我们还制备了不同晶型二氧化锰纳米棒、钯掺杂二氧化锡包覆碳纳米管(Pd/SnO2/CNTs)等无机杂化纳米材料，研究了其对易挥发气体(VOC)等的气敏特性，实现了CO和乙醇等气体的高灵敏、高选择性检测；制备了V2O5-CeO2/SBA-15、SnOx-MnOx-TiO2、非钒基CeOx-MnOx/TiO2等无机复合材料，并在催化氧化氯苯的反应过程中，首次发现了Sn元素具有低温抗氯中毒的能力。因此，本项目的研究不仅为有机膜介质中原位合成可控粒径和种类的纳米粒子提供相关的实验基础，而且为新型无机纳米尺度材料的应用提供了新的路径。