一种钌配合物/石墨烯复合膜和在hopg上制备钌配合物/石墨烯复合膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钌配合物/石墨烯复合膜和在HOPG上制备钌配合物/石墨烯复 合膜的方法，属于分子自组装化学技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来在光刻、电子束刻蚀、离子刻蚀、气相沉积等物理微加工技术快速发展的同 时，利用化学自组装技术构筑有序微结构也受到了人们越来越多的关注。分子自组装薄膜 是分子通过化学键相互作用自发吸附在固/液或气/固界面而形成的热力学稳定和能量最 低的有序膜。通过自组装技术形成的单分子层、膜，囊泡，微管和生物传感器，神经修复材料 以及基因传输系统等，对临床医学诊断和治疗有重要作用。由于分子有自组装能力，可以减 少半导体生产过程中的复杂性，从而有可能降低成本。随着微电子及时的不断发展，正需要 更多的小体积、多功能、结构复杂的纳米级构造单元。利用自组装技术，不仅能对材料表面 修饰而获得原本不具备的光、电、磁、力等性能的新材料，而且还能制造出分子开关，分子存 储器，分子导线，分子集成电路等小型器件。
[0003] HOPG(HighlyOrientedPyrolyticGraphite，高定向热解石墨)是一种新型高纯 度碳，是热解石墨经尚温尚压处理后制得的一种新型石墨材料，HOPG最突出的功能是有一 个非常光滑的表面和电导性，其表面几乎为一个石墨层，具有层状结构，使得样品制备非常 简单，用一条胶带粘在HOPG的表面上，然后将其撕下，胶带上就会粘有一层薄薄的H0PG，新 裂表层是新的光滑的导电表面，可以用作样本基底材料。由于HOPG具有JI-电子环境，可 以通过31-31相互作用连接其他具有Ji-电子环境的配合物来制备出具备优异性能的分子 膜。
[0004] 石墨烯（Graphene)是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平 面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯的结构非常稳定，且具有优秀的导电性和 导热性。另外，石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只 吸收2. 3%的光，导热系数高达5300W/m*K，高于碳纳米管和金刚石。因为它的电阻率极 低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或 晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、 甚至是太阳能电池。石墨烯这种新型的纳米碳材料具有独特的二维结构和优异的电学与光 学性能，采用石墨烯薄膜来替代现有电子器件中的导电材料，预期能够极大提升现有器件 的性能。
[0005] 目前国内对在单分子膜上自组装石墨烯的方法的研宄还未见报道。公开的石墨烯 的自组装方法主要有：[0006][0007][0008]目前，单分子膜自组装法是一种有利于控制组装结构和形态的有效方法，可在电 极的表面通过过共价键或非共价键而自发形成高度有序的单分子层。自组装膜分子排列有 序紧密，但组装过程复杂，对设备要求高，需在在干净、密闭性较好的实验室内进行。而且， 为使反应物与基片活性部分快速、有效地反应，配合物需在溶剂中有较好的溶解度。此外， 常规方法一般是将石墨烯与配合物分散于水中，长时间超声混合，但是此方法中石墨烯易 团聚，配合物分子的附着量少。因而设计发明一种可定向、自组装过程简单、稳定性高且可 重复性好的将石墨烯组装到单分子膜上的方法十分必要。
【发明内容】
[0009] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种钌配合物/石墨烯复合膜 和在HOPG上制备钌配合物/石墨烯复合膜的方法。本发明中对称性钌配合物分子中的一 对芘基与HOPG表面通过非共价键的作用，将钌配合物分子固定在HOPG表面，另一对芘基与 具有网状结构的Ji-电子环境的石墨烯通过JI-Ji相互作用，将石墨烯固定在钌配合物单 分子膜上，从而实现在单分子膜上自组装石墨烯，本发明的方法操作简单，石墨烯在基底上 修饰均匀充分，在室温下使用简单容器即可操作，无需特殊条件和设备。本发明中将比表面 积大，导电性高，热化学性能稳定的石墨烯组装到单分子膜上，可有效提高基片的电化学活 性，且制备的薄膜具有良好的机械和化学稳定性，薄膜的厚度可控等诸多优点。本发明通过 以下技术方案实现。
[0010] 一种钌配合物/石墨烯复合膜，该钌配合物/石墨烯复合膜中对称性钌配合物分 子中的一对芘基与HOPG表面通过非共价键的作用，将钌配合物分子固定在HOPG表面，另一 对芘基与具有网状结构的Ji-电子环境的石墨烯通过JT-JT相互作用，将石墨烯固定在钌 配合物单分子膜上，该对称性钌配合物[Ru(Py2G1MeBip)2] (PF6)2的化学通式如下：
【主权项】
1. 一种钉配合物/石墨締复合膜，其特征在于：该钉配合物/石墨締复合膜中对称 性钉配合物分子中的一对巧基与HOPG表面通过非共价键的作用，将钉配合物分子固定在 HOPG表面，另一对巧基与具有网状结构的31-电子环境的石墨締通过31-31相互作用，将石 墨締固定在钉配合物单分子膜上，该对称性钉配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2的化学通式 如下：
2. -种在HOPG上制备根据权利要求1所述的钉配合物/石墨締复合膜的方法，其特征 在于具体步骤如下： 步骤UHOPG基片上钉配合物单分子膜的自组装：在干净的容器中加入二氯甲烧，称取 一定量的钉配合物[Ru(Py2GiMeBip)2] (PFe)2溶解于二氯甲烧溶液中，制得钉配合物溶液； 将胶带按压在HOPG表面上，然后剥离，得到新的光滑导电表面；将HOPG光滑的导电表面浸 没于钉配合物溶液中，轻微震荡除去气泡，在室温下浸溃后取出HOPG基底，用二氯甲烧清 洗干净后惰性气体吹干，即得到钉配合物单分子膜修饰的HOPG基片； 步骤2、石墨締分散液的配制：将SDS溶解于水中得到SDS水溶液，将石墨締分散在SDS 水溶液中，超声波分散处理后离屯、分离除去底部残渣，得到石墨締分散液； 步骤3、石墨締在单分子膜上的自组装；将步骤1制备得到的钉配合物单分子膜修饰的 HOPG基片基片浸没于步骤2得到的石墨締分散液中，轻微震荡除去气泡，在室温下浸溃后 取出HOPG基片用甲醇洗净，惰性气体吹干即能制备得到钉配合物/石墨締复合膜。
3. 根据权利要求2所述的在HOPG上制备钉配合物/石墨締复合膜的方法，其特征在 于：所述步骤1中钉配合物溶液的浓度为50 y M，浸溃时间为6?12h。
4. 根据权利要求2所述的在HOPG上制备钉配合物/石墨締复合膜的方法，其特征在 于：所述步骤2中SDS水溶液的浓度为2%，超声波分散处理时间为0. 5?1.化，离屯、分离时间 为]~化，转速为15krpm。
5. 据权利要求2所述的在HOPG上制备钉配合物/石墨締复合膜的方法，其特征在于： 所述步骤3中浸溃时间为10?2化。
【专利摘要】本发明涉及一种钌配合物/石墨烯复合膜和在HOPG上制备钌配合物/石墨烯复合膜的方法，属于分子自组装化学技术领域。该钌配合物/石墨烯复合膜中对称性钌配合物分子中的一对芘基与HOPG表面通过非共价键的作用，将钌配合物分子固定在HOPG表面，另一对芘基与具有网状结构的π-电子环境的石墨烯通过π-π相互作用，将石墨烯固定在钌配合物单分子膜上，该对称性钌配合物的化学式为[Ru(Py2G1MeBip)2](PF6)2。首先在HOPG基片上自组装钌配合物单分子膜，然后配制石墨烯分散液，最后石墨烯自组装在经钌配合物修饰的HOPG基片上。本发明制备的薄膜具有良好的机械和化学稳定性，薄膜的厚度可控等诸多优点。
【IPC分类】H01L31-0224, H01L31-18
【公开号】CN104600133
【申请号】CN201410839890
【发明人】王 华, 杨丽, 李孔斋, 魏永刚, 祝星
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月30日