分子自组装的基本过程是系统中的分子无序到有序聚集成纳米尺度的聚集体,利用分子自组装技术制备的功能化复合材料具有广泛的应用价值。水滑石(LDH)这类阴离子型层状材料因结构的特殊性,在催化、生物传感、药物储存-递送代理、电化学储能等各种技术领域有广泛应用。近几年研究发现,在使用LDH粉体过程中,分散片层容易丢失还不易被回收。因此,用LDH分散片组装制备新型功能薄膜材料成为现今研究的热点问题。

本研究利用共沉淀法、离子交换法和水热合成法制备了功能化的LDH,通过超分子自组装技术设计合成了几种LDH/染料复合LB膜,并对LB膜的自组装机理和性能进行探讨。首先,使用LB技术合成了功能化二维镁铝水滑石(LDH-Ise)与亚甲基蓝(MB)、中性红(NR)、罗丹明B(RhB)、藏红T(ST)四种染料自组装的Langmuir复合膜,并对其组装过程的多样化和化学气体传感机理进行了探讨。分析认为,LDH-Ise/染料LB复合膜中不同染料分子与LDH之间的各种协同作用促使染料在LDH表面产生不同行为的聚集。

与传统混合滴膜相比,LB复合膜对酸/碱气体具有更高的感应灵敏度和循环使用性。其次,还利用LB技术构筑了均匀致密的镍铁水滑石(NiFe-LDH)与偶氮苯类化合物(N-Azo和PAA-Azo)在界面组装复合膜,探究其光致异构和气体传感效应。

研究发现,功能化LDH与两种偶氮苯化合物组装产生了多种行为聚集体,结合紫外光谱表明NiFe-LDH/偶氮苯类LB复合膜具有良好的紫外光异构稳定性和气体传感性能。为了进一步探究功能化镍铁LDH半导体性质及其与染料之间的作用机制,设计得到复合有序的NF-LDH/染料组装Langmuir膜,研究其形貌特征和光电转换行为。

实验结果表明在引进染料结构后,气液界面LB自组装作用促进了其在LDH表面的团聚。与纯LDH和染料传统涂布的膜电极相比,功能NF-LDH/染料LB复合膜电极具有良好的光电流增强性和稳定的使用性。