界面生长二维导电金属有机框架和共轭聚合物

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导电金属有机框架(MOFs)因其高孔隙率、高导电性,在电池、超级电容器、电催化、光电传感器等领域有潜在应用价值。一类共轭稠环有机配体由平面四配位过渡金属节点连接形成的二维网状导电MOFs具优良的导电性,成为研究热点。这类MOF的层与层之间通过π-π堆积形成垂直于层的孔道结构。但是金属节点在导电过程中的作用仍存在争议。为了探讨金属节点在导电MOF中的作用,本文选用非过渡金属为MOF的连接点,测试其导电性,与过渡金属连接的相同配体的MOF对比,探讨金属离子的作用。本论文第二章合成了正八面体和六棱柱晶型的Gd/Eu-HHTP(六羟基三亚苯)的导电MOF,并测试电导性,证明了六棱柱形电导率(10-5S cm-1)比正八面体形高2~3个数量级(10-7~10-8S cm-1);还合成了六棱柱形的Sc/Mg-HHTP,其电导率(10-5S cm-1)和六棱柱形的Gd/Eu-HHTP处于同一个量级。与已报道的六棱柱形Cu-HHTP的电导率(10-S cm-1)接近。Eu-HHTP的发光实验证明不同的Eu的f电子并未参与导带的形成。利用水-戊烷界面合成了大面积、易转移、均匀、低厚度的二维导电MOFs。根据以上信息,可以得出结论:此类导电MOF主要靠π-π堆积的配体导电。基于这些研究结果,这类MOF的配体去除金属节点形成的配体仍应具有导电性,属于有机半导体,可通过掺杂改变导电类型和电导率。有机半导体目前广泛应用于有机发光二极管(OLEDs)、有机光伏设备(OPVs)、有机场效应晶体管(OFETs)等。有机半导体因其价格低廉、具柔性、轻便等特性,给可佩带微电设备的发展带来了机遇。基于二维材料的场效应晶体管(FETs)不受短沟道效应(SCEs)的影响,可以使电子设备的微型集成程度提高。基于二维导电MOFs和二维有机半导体的FETs可进行进一步修饰提高性能。制备大面积、易转移、均匀、低厚度的二维导电MOFs和二维有机半导体是后续FETs等电子设备组装的基础。本论文第三章利用LB膜在水-空气界面合成了大面积(cm2)、易转移、均匀、低厚度(5.7nm)的二维六氨基三亚苯(HATP)聚合膜,通过红外吸收光谱证明HATP聚合反应发生及聚合膜的生成。通过在简易手套箱进行N2的对比试验,证明氧气是HATP聚合膜生成的必要条件,是该聚合反应的氧化剂。通过将膜转移至SiO2/Si基底,镀上金电极制成FET,测试了其光电性质,结果表明二维HATP聚合膜呈现P型半导体的性质,且电导率高达0.91 S cm-1,开关比达103,光响应度(980nm)高达 160 mA W-1。
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