[发明专利]一种MOF薄膜的制备方法

说明书

本发明属于MOF薄膜技术领域，具体涉及一种MOF薄膜的制备方法。本发明提供了一种MOF薄膜的制备方法，包括以下步骤：利用分子层沉积技术将金属前驱体和有机前驱体交替脉冲沉积在基底表面，得到无定形有机‑无机杂化薄膜；将所述无定形有机‑无机杂化薄膜和有机配体进行无溶剂气相配体交换晶化，得到MOF薄膜。利用分子层沉积技术在基底表面沉积得到无定形有机‑无机杂化薄膜，因其与MOF材料具有类似的多孔结构，在配体交换晶化过程中不会发生较大形变和体积膨胀，该方法制备的MOF薄膜表面粗糙度小，均匀性好。该方法制备MOF薄膜过程中无有机溶剂参与，避免了溶剂分子在MOF薄膜孔道中残留，导致MOF薄膜稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于MOF薄膜技术领域，具体涉及一种MOF薄膜的制备方法。

背景技术

金属有机骨架具有孔隙率和表面积大，功能性强和尺寸可调控性强等优势，所以，将MOF材料按照特定的需求进行功能调控和修饰，可得到新一代的膜材料即MOF薄膜。与MOFs纳米颗粒相比，MOF薄膜具有孔道结构明确，厚度可调，纵横尺寸及比表面积大，易与其他功能中心复合等优势，在电子器件、气体分离、生物医药及催化等前沿领域表现出异于传统MOF颗粒的特殊性能。

目前，MOF薄膜主要通过溶剂热法和牺牲模板法合成。溶剂热法合成MOF薄膜是基于在溶液中均相成核，所得MOF薄膜多由MOFs颗粒堆积而成，从而使MOF薄膜表面具有高的粗糙度，难以获得均匀的薄膜。此外，溶剂热法一般涉及毒性有机溶剂分子的参与，会造成溶剂分子在MOF薄膜孔道中残留，腐蚀有机骨架，导致MOF薄膜的稳定性差。牺牲模板法是以金属氧化物作为模板，通过致密的金属氧化物与有机配体在溶剂中结合转变为多孔MOF薄膜，由于金属氧化物与MOF薄膜在结构方面的巨大差异，在转变为MOF薄膜的过程中金属氧化物体积膨胀、形变大，从而使得MOF薄膜的内部应力较大，导致薄膜均匀性差，表面粗糙度高。同时，当金属氧化物牺牲模板较厚时，由于配体分子的扩散受限，还存在金属氧化物模板转变不彻底的问题。现有合成方法得到的MOF薄膜存在表面粗糙度高薄膜均一性差等问题，尚未有能够制备表面均匀、厚度亚纳米级别精准可控的高质量MOF薄膜制备技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MOF薄膜的制备方法，按照本发明提供的制备方法得到的MOF薄膜具有良好均匀性，且表面光滑、厚度亚纳米级别精准可控。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种MOF薄膜的制备方法，包括以下步骤：

利用分子层沉积技术将金属前驱体的气相和有机前驱体的气相交替脉冲沉积在基底表面，得到无定形有机-无机杂化薄膜；

将所述无定形有机-无机杂化薄膜和有机配体进行配体交换晶化，得到MOF薄膜。

优选的，所述金属前驱体为金属盐；

所述金属盐包括有机金属盐或无机金属盐。

优选的，沉积所述金属前驱体的气相的脉冲时间为0.01～1200s。

优选的，所述有机前驱体包括乙二醇或丙三醇。

优选的，沉积所述有机前驱体的脉冲时间为0.015～800s。

优选的，所述有机配体包括二甲基咪唑、二乙基咪唑或对苯二甲酸。

优选的，所述配体交换晶化的温度为30～300℃；所述配体交换晶化的保温时间为0.5～100h。

优选的，所述基体包括粉末基底或非多孔基底；

所述粉末基底包括金属氧化物或碳材料，所述金属氧化物包括二氧化硅纳米线、三氧化二铝、二氧化铈或二氧化钛；所述碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳螺旋或炭黑；

所述非多孔基底包括聚合物膜、单晶硅片或硅纳米阵列。