【摘 要】
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电子导电金属有机骨架（EC-MOF）是一种由金属离子与氧化还原活性有机配体周期性连接而成的新型多孔晶态导电材料,具有丰富可设计的晶体结构、可调节的电子能带结构等特性,可直接作为活性功能组分应用于气体传感器。具有高孔隙率和室温气敏活性的EC-MOF有望解决长期困扰化学电阻型气体传感器选择性差和工作温度高的瓶颈问题。然而,一方面,EC-MOF薄膜生长过程的微纳结构演化及其与电学性能和气敏性能之间的关系
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电子导电金属有机骨架（EC-MOF）是一种由金属离子与氧化还原活性有机配体周期性连接而成的新型多孔晶态导电材料,具有丰富可设计的晶体结构、可调节的电子能带结构等特性,可直接作为活性功能组分应用于气体传感器。具有高孔隙率和室温气敏活性的EC-MOF有望解决长期困扰化学电阻型气体传感器选择性差和工作温度高的瓶颈问题。然而,一方面,EC-MOF薄膜生长过程的微纳结构演化及其与电学性能和气敏性能之间的关系缺乏系统研究;另一方面EC-MOF研究主要集中在具有单/双金属节点的单氧化还原活性配体系统,具有不同功能基元的双配体二维π共轭的导电薄膜及其电学性能调控极少被报道。基于上述背景,本论文做了以下研究:（1）利用层层自组装液相外延法（LBL）制备了1到10层的Cu3HHTP2薄膜（HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯）,利用AFM、SEM表征了1-10层Cu3HHTP2薄膜的生长过程的形貌特征,同时也研究了生长过程（1-10层）薄膜的气敏性能。SEM表征说明,在第7次生长循环后,基底上长成了致密的薄膜,IV测试表明薄膜与基底是良好的欧姆接触。气敏测试显示经第8次生长循环后,该导电薄膜制备的器件开始有气敏性能,对氨气有选择性。（2）利用层层自组装液相外延法制备了HITP（2,3,6,7,10,11-六氨基三亚苯）掺杂的Cu3HHTP2（HHTP=2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯）双配体导电MOF薄膜,并研究了其化学电阻型气体传感性能。HITP掺杂浓度范围为0.1-10.0mol%。由于HHTP和HITP具有相似的分子结构与平面配位构型Cu X4（X为O或N）,因此它们在MOF中晶格失配度低,从而顺利实现双配体导电薄膜的制备。XPS测试表明HITP掺杂的Cu3HHTP2导电薄膜存在N元素,说明HITP成功掺杂在Cu3HHTP2薄膜上。AFM显示薄膜厚度随着HITP掺杂浓度的提高而增加,厚度在20-70 nm之间,薄膜连续无孔。UPS测试表明,半导体薄膜的费米能级随HITP掺杂量的增加而上移,是典型的n型掺杂效应。当HITP掺杂浓度≧1.0mol%时,气体响应时间tres＜1分钟,气体恢复时间trec＜10分钟;同时,所测的其他气体对氨气的选择性(S=Rgas/RNH3)都有所提高,当掺杂浓度为10.0mol.%,苯对氨气、三乙胺对氨气的选择性提高了220%以上。
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