一种基于室温下原位生长制备锌基MOF薄膜的方法

本发明属于薄膜材料制备领域，具体涉及一种在室温下大尺度制备锌基有机金属框架材料薄膜的方法。

背景技术：

1、磁控溅射技术作为一种物理气象沉积(pvd)方法被广泛应用于半导体，金属，绝缘体等多种材料薄膜的制备。该项技术在大面积镀膜时具有易于控制，薄膜附着力强，速度快，反应温度较低等特点，是金属氧化物薄膜沉积的理想方式。

2、金属有机框架(mof)是一类具有微孔结构的晶体配位聚合物，通过有机配体规律性地与特定金属节点通过配位作用连结形成。mof材料因特殊的配位键而具有一定的孔道结构和活性金属位点，在能源，催化，电池，药物负载，气体存储，吸附，分离，传感等领域中被广泛研究与应用。mof材料超高的比表面积，可调控的孔道结构使得该材料在实际应用中依然具有巨大的潜力。

3、到目前为止，大量报道的关于mof材料的研究主要集中在粉体材料的制备与改良，通常情况下是利用有机溶剂中有机配体与金属盐的自组装作用在水热条件下结晶获得，相对应的薄膜制备也基本通过对粉末制备方法改编实现，这使得薄膜生长很难在大尺度上稳定的完成，且在基底选择上依然存在着很多限制，因此在实际应用中难以满足不同的需求。本发明提供一种常温下自牺牲法制备mof薄膜的方法，具有耗能低，稳定性高，重复性好，便于精准调控薄膜图样的特点，且对基底具有普遍的适用性，可制备于单晶硅，玻璃，纸基，无纺布，光纤等规则或不规则基底表面，且附着能力极强。

技术实现思路

1、本发明基于对上述mofs薄膜制备上基底材质与尺度的限制，利用磁控溅射技术通过金属氧化层的自牺牲反应提供了一种简单的室温下大尺度制备mofs薄膜的方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、由锌离子和二甲基咪唑配体在室温下通过自组装效应生成mof薄膜，首先在选定的基底上通过磁控溅射技术制备氧化锌薄膜。

4、基底材料分别用乙醇，丙酮，去离子水进行多次超声清洗，烘干，确保表面没有杂质残留，对不需要生长mof薄膜的部分区域可用高温胶带进行覆盖；

5、将所述基底固定在真空磁控溅射机的样品台上，调整溅射室内的压力，溅射功率与时间，溅射完成后待冷却至室温后取出；

6、将二甲基咪唑粉末溶解于溶剂中，经过超声震荡完全溶解后，将上述基底放置于该溶液中，在常温下静置反应，待反应完成取出并分别用去离子水和乙醇溶液多次清洗，置于烘箱中进行干燥，得到覆盖于基底的zif-8薄膜。

7、其所述方案中基底材料的选择包括并不限于玻璃，单晶硅，光纤，无纺布，纸质，聚合物，金属等。

8、其所述方案中在镀膜速率80nm/h，300℃条件下下进行溅射镀膜。

9、其所述方案中zno靶材的纯度大于99.9％。

10、其所述方案中zno溅射层的厚度为80-1000nm。

11、其所述方案中所用溶剂为去离子水、甲醇或去离子水和甲醇的混合物。

12、其所述方案中配置的二甲基咪唑溶液的浓度为0.05-0.20mol/l。

13、其所述方案中mof薄膜的生长反应在室温下进行。

14、其所述方案中反应时间为24-72小时。

15、其所述方案中获得的mof薄膜厚度可调，在0.5-3μm左右。

16、本发明具有如下优点：

17、1.本发明所制备的zif-8薄膜于室温下反应生成，稳定可靠，均一致密，可承受超声清洗而不脱落。

18、2.本发明中mof薄膜的制备方法简便，反应过程节能环保，且有效的解决了在高温反应釜中反应所造成的基底尺寸限制问题。

19、3.本发明的制备方法所制备的mof薄膜厚度可以通过氧化锌薄膜的溅射厚度和反应时间共同调节，以适应各种不同的需求。

20、4.本发明制备的mof薄膜可以适用于各种不同的基底，包括各种刚性或柔性材料。

21、本发明该有机金属框架结构薄膜为锌基mof薄膜材料。所述薄膜材料可大尺度制备于多种基底表面，形成均一致密的薄膜结构。本制备方法制备的zif-8薄膜具有稳定性高，重复性好，便于精准调控薄膜图样的特点，且对基底的要求较低，可制备于单晶硅，玻璃，纸基，无纺布，光纤等规则或不规则基底表面，且附着能力极强。薄膜厚度可根据使用的zno牺牲层，配体溶液浓度与反应时间协调控制。本方法在有机金属框架材料薄膜的制备领域具有重要的研究和实用价值。

技术特征：

1.一种基于室温下原位生长制备锌基mof薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基底材料的选择包括并不限于玻璃、单晶硅、光纤、无纺布、纸质、聚合物、金属等中的一种或两种以上：基底材料分别依次用乙醇、丙酮、去离子水进行两次以上的超声清洗，烘干，确保表面没有杂质残留，对不需要生长mof薄膜的部分区域可用高温胶带进行覆盖。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氧化锌薄膜镀层的制备过程中，采用的zno靶材的纯度大于99.9％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：zno溅射层的厚度为80-1000nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1.3中所用溶剂为去离子水、甲醇或去离子水和甲醇的混合物；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1.3中反应时间为24-72小时。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：获得的mof薄膜厚度可调，在0.5-3μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1.3中清洗是指，待反应完成取出并依次分别用去离子水和乙醇溶液2次以上清洗。

技术总结本发明提供了一种室温下利用氧化锌磁控溅射镀层较大尺度制备金属有机框架薄膜(MOFs)的方法，属于薄膜材料制备领域。该有机金属框架结构薄膜为锌基MOF薄膜材料。所述薄膜材料可大尺度制备于多种基底表面，形成均一致密的薄膜结构。本制备方法制备的ZIF‑8薄膜具有稳定性高，重复性好，便于精准调控薄膜图样的特点，且对基底的要求较低，可制备于单晶硅，玻璃，纸基，无纺布，光纤等规则或不规则基底表面，且附着能力极强。薄膜厚度可根据使用的ZnO牺牲层，配体溶液浓度与反应时间协调控制。本方法在有机金属框架材料薄膜的制备领域具有重要的研究和实用价值。技术研发人员：冯亮,陈濛受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13