基于毛细效应制备锌基MOF薄膜及方法与应用

本发明属于气体传感领域，具体涉及一种通过毛细管效应和界面张力制备mof薄膜的方法及其应用。

背景技术：

1、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。

2、氨气作为一种应用广泛且同时具备一定毒性的气体，在生产生活中具有非常重要的作用，例如肥料的生产与制冷剂等；氨气的泄漏会对环境造成污染，威胁人们的健康安全。

3、本发明提供一种在较小尺度下利用毛细效应与固液界面张力的共同作用制备mof薄膜的方法，具有耗能低，稳定性高，节省原材料，便于精准调控大小与位置的特点，且对基底具有普遍的适用性，可制备于氧化硅基底与电极表面，并用于气体传感器的构建，其对氨气在室温下具有明显的线性响应。

技术实现思路

1、本发明基于对上述毛细现象与界面效应的利用，通过磁控溅射技术沉积的金属氧化物层提供金属离子源，制备出半径尺寸在毫米级别的mof薄膜，并用于构建气体传感器。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、首先在选定的基底上通过磁控溅射技术沉积氧化锌薄膜。

4、基底分别用乙醇，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甲醇与去离子水中，经过超声震荡完全溶解后，得到配体溶液；用毛细管吸取该溶液，放置并固定于基底的上方，调整高度使毛细管下方液面与电极表面接触，静置一段时间后得到覆盖于基底表面的zif-8薄膜。

7、其所述方案中基底选取为电极中间的固定区域，用于制备气体传感电极。

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200nm。

11、其所述方案中所用溶剂为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0.1mol/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6小时。

15、所述薄膜材料可在毫米级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，可调控薄膜覆盖半径的特点，且对基底的要求较低，可稳定制备于氧化硅基底与金属电极的表面，附着能力极强。薄膜厚度可根据使用的zno牺牲层，界面张力调整，配体溶液浓度与反应时间协调控制，同时极大的节约了反应所需前驱体的消耗，节能环保。本方法在有机金属框架材料气体传感器制备领域具有重要的研究和实用价值。

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，原材料消耗极小，节能环保。

18、2.本发明中mof薄膜的制备方法简便，可以在毫米级的区域在较小尺度下生长薄膜。其尺寸可以通过调整不同溶剂的比例改变固液界面的张力实现。

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、5.本发明制备的气体传感器可实现室温下对氨气的选择性响应。

技术特征：

1.一种基于毛细效应制备锌基mof薄膜的方法与应用，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：通过调整溶液中溶剂配比的浓度来改变界面张力，从而影响液面与基底的接触面积。

3.根据权利要求1所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：溅射镀膜zno靶材的纯度大于99.9％。

4.根据权利要求1所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：zno溅射层的厚度为100-1000nm。

5.根据权利要求1或2所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：所述步骤s3中所用溶剂为去离子水和甲醇中的一种或两种的混合物；

6.根据权利要求1所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：所属步骤s3中反应时间为3-6小时。

7.根据权利要求1所述的mof薄膜制备方法，其特征在于：所述基底为叉指电极。

8.一种权利要求1-7任一所述制备方法制备获得的mof薄膜材料。

9.一种权利要求8所述的mof薄膜材料作为气体传感器的应用。

10.根据权利要求9所述的mof薄膜气体传感器的应用，其特征如下：用于氨气检测。

技术总结本发明提供了一种利用溶液在毛细管中通过毛细效应和界面张力制备金属有机框架薄膜(MOFs)的方法与其在气体传感方面的应用，属于气体传感材料领域。该有机金属框架结构薄膜为锌基MOF薄膜材料。所述薄膜材料可在毫米级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，可调控薄膜覆盖半径的特点，且对基底的要求较低，可稳定制备于氧化硅基底与金属电极的表面，附着能力极强。薄膜厚度可根据使用的ZnO牺牲层，界面张力调整，配体溶液浓度与反应时间协调控制，同时极大的节约了反应所需前驱体的消耗，节能环保。本方法在有机金属框架材料气体传感器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