[发明专利]一种金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶及其制备方法和用途。所述方法是在金属氧化物(MOX)纳米晶表面可控生长金属有机框架(MOFs)薄膜，其具有普适性。所述金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶具有核鞘结构，其中，所述金属有机框架薄膜为至少两层结构，且多层的金属有机框架薄膜的种类和厚度也是可控的，每层厚度在1‑100nm之间。所述金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶可以用于气敏传感器、锂硫电池、燃料电池等薄膜电学器件。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种金属有机框架薄膜包覆金属氧化物纳米晶及其制备方法和用途。

背景技术

薄膜的质量和多功能性是高性能薄膜电学器件的重要决定因素之一。通过多层不同功能薄膜的组合，多功能性和协同作用赋予其提升薄膜电学器件性能的巨大潜力。因此，多层薄膜已引起学术界和工业界的兴趣和关注。同时，探索新型多层功能薄膜将为薄膜电学器件的发展提供新的平台。金属有机骨架材料(Metal Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体自组装形成的具有规则网络结构的晶态多孔配位聚合物。通过金属位点和有机配体的修饰和调整改变吸附位点、孔道尺寸、功能基团等，可实现诸如带隙、气体选择性、荧光等不同的功能。特别是针对其可同时解决过滤膜中高选择性(selectivity)和高渗透性(permeability)的潜力，多层MOFs薄膜对于涉及过滤或分离的诸如气敏传感器、锂硫电池、燃料电池等薄膜电学器件至关重要。

多层MOFs薄膜与电学器件的集成要求发展一种普适的方法能够在纳米尺度上可控地制备MOFs薄膜并推广至各种生长表面。作为典型例子，沸石咪唑酯骨架结构材料(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)，是一类具有良好化学稳定性和热稳定性的MOFs，被选为典型的MOFs生长于复杂表面材料。

作为物联网和“中国制造2025”的重要一环，智能传感器作为21世纪最具影响力和发展前景高新技术，正引起国内外电子信息界和材料界的高度重视。作为智能传感器重要成员之一，金属氧化物(metal oxide，MOX)气敏传感器虽然取得一定的成果，但对单一气体的选择性检测却一直缺乏普适性的技术，限制了其在数字化、智能化和微型化的精确检测领域的应用。因此，发展一种简便、廉价、选择性好并具有技术普适性的高灵敏度高选择性气敏材料，在扩展可选择性检测气体种类以及简化和替代电子鼻方面意义重大，为解决居室和工作场所的实际应用所涉及的高湿度干扰和多组分复杂气氛交叉响应问题提供新的思路。

因此，在MOX纳米晶表面上可控生长多层MOFs纳米薄膜将结合MOX纳米晶本身优异的中温气敏性能和多层MOFs薄膜对目标气体的多级筛选能力，克服单层MOF单级选择性不能满足现有技术要求的问题，实现高选择性高灵敏度的MOX-多层MOFs复合气敏材料的制备。

发明内容

为了改善现有技术中存在的不足，本发明提供了一种金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶及其制备方法和用途。所述方法是在金属氧化物(MOX)纳米晶表面可控生长金属有机框架(MOFs)薄膜，其具有普适性。所述金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶具有核鞘结构，其中，所述金属有机框架薄膜为至少两层结构，且多层的金属有机框架薄膜的种类和厚度也是可控的，每层厚度在1-100nm之间。

本发明提供如下技术方案：

一种金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶，其特征在于，所述金属有机框架薄膜包覆的金属氧化物纳米晶具有核鞘结构，其中，所述金属氧化物纳米晶作为内核，所述金属有机框架薄膜作为外壳，所述金属有机框架薄膜包覆在金属氧化物纳米晶外表面，且作为外壳的金属有机框架薄膜为至少两层薄膜结构。

根据本发明，所述纳米晶选自纳米颗粒、纳米线、纳米片中的至少一种。

根据本发明，所述纳米晶的尺寸优选为至少一维尺寸小于100nm，优选为30-80nm，例如50-80nm。