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探究LB復(fù)合膜的酸致變色特性
來源：燕山大學(xué)學(xué)報 瀏覽 421 次 發(fā)布時間:2024-07-25
本文擬使用LDH作為構(gòu)建薄膜材料的原始平臺，以一些染料溶液作為亞相，結(jié)合LB技術(shù)自組裝制備一系列復(fù)合膜，并用于探究復(fù)合膜的酸致變色特性。
LB復(fù)合膜酸致變色機(jī)理分析
圖1所示的是以LDH-HS/ST復(fù)合LB薄膜酸堿變色效應(yīng)為例的一個化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)理簡圖。這種變化被合理地推測為制備的LB復(fù)合膜上帶有染料分子，連接在其苯環(huán)結(jié)構(gòu)上的N-H和-NH2基團(tuán)發(fā)生了質(zhì)子化和去質(zhì)子化。這些胺基含有孤電子對，易于質(zhì)子化，在與HCl氣體接觸時，與一個氫原子結(jié)合形成配位鍵。此外，由于整個分子帶正電，改變了芳香族碳?xì)浠衔锏墓曹椢蘸挺小?能級躍遷。當(dāng)與NH3氣體接觸后，環(huán)境的堿性增強(qiáng)，相應(yīng)的氨基又會發(fā)生去質(zhì)子化。之后，隨著酸堿氣體的不斷循環(huán)接觸，光譜中特征峰位置移動的情況基本保持在一定的值。
圖1 HCl和NH3氣體對LDH-HS/ST LB復(fù)合膜的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
兩種染料分子結(jié)構(gòu)示意圖
為了更清晰地了解界面組裝中使用的亞相溶液特征，把所選的ST和MB染料分子進(jìn)行了二維和三維空間填充模型正面、側(cè)面的表示，如圖2所示，可以更直觀地觀察到兩種分子結(jié)構(gòu)上的差異。它們的相似之處在于，都含有較大的雜環(huán)共軛體系，可以在LDH-HS復(fù)合LB膜中形成H-和/或J-型的聚集體[20]。這也就對應(yīng)于前面提到的LDH-HS/染料復(fù)合膜在透射電鏡和原子力顯微鏡下觀測到的不同形態(tài)的聚集體。也正是由于LDH-HS分子片層為染料分子提供了合適的生長平臺，在LB技術(shù)的幫助下在氣-液界面之間形成了高質(zhì)量的、均勻致密的LDH-HS/染料分子聚集體。
圖2 ST和MB染料分子結(jié)構(gòu)圖及空間模型
LDH-HS/染料復(fù)合膜酸致變色循環(huán)使用性分析
為了便于復(fù)合膜的回收利用，每接觸一次HCl和NH3氣體后，可以使用超純水浸泡或沖洗一次作用后的LDH-HS/染料復(fù)合膜，其表面形成的氯化銨鹽就被除去了。然后，下一個酸堿體系的氣體響應(yīng)就可以再次執(zhí)行。循環(huán)多次后，結(jié)合每次測得紫外光譜變化數(shù)據(jù)，圖3給出了兩種不同LDH-HS/染料LB膜的循環(huán)使用6次的圖表。
圖3兩種不同的LDH-HS/染料LB膜的循環(huán)穩(wěn)定性表征
圖3中的縱坐標(biāo)顯示了LB復(fù)合膜的紫外最大吸收強(qiáng)度比率In/I0。其中，I0代表復(fù)合膜未參與酸堿氣體反應(yīng)的最大紫外吸光度；In表示復(fù)合膜經(jīng)過n個循環(huán)后的紫外最大吸光度。分析表明，兩種不同的LDH-HS/染料膜經(jīng)6次循環(huán)反應(yīng)后，紫外強(qiáng)度比均保持在95%左右。這一結(jié)果說明了制備的LB染料復(fù)合膜具有良好的穩(wěn)定性和可回收性，進(jìn)一步說明這一材料具備廣闊的應(yīng)用前景。
LDH-HS/染料復(fù)合膜可以作為今后酸堿敏感性能測試的功能材料。這項工作也為LB膜的自組裝和酸堿變色特性提供了有用的線索。LB膜有望成為一種有前途的分子開關(guān)和化學(xué)傳感器。