超分子组装法设计与制备光子晶体薄膜及机理研究

本项目拟在前期LB膜、自组装膜研究的基础上，以新型超分子组装技术为基础，以聚合物、无机非金属纳米胶体粒子为基本构建基元，修饰改性后构建双层囊泡、粒子LB膜等粒子有序聚集体，直接用粒子有序聚集体组装光子晶体薄膜；再辅以带相反电荷的聚电解质分子或核壳结构氧化物纳米胶体粒子，经层层组装，完成蛋白石结构聚合物、无机非金属光子晶体薄膜以及蛋白石结构聚合物与反蛋白石结构金属氧化物纳米粒子有序交替组装的特殊结构光子晶体。研究光子晶体的光学性能及相关理化性质，考察有序聚集体的组成、结构密集程度及制备条件对光子晶体组装的影响，分析构筑界面的形态变化因素，探讨光子晶体的构筑机理。从光子晶体薄膜的构筑过程及光学性能影响因素等诸方面进行系统地研究，为制备各种特殊物理、化学性能的新型光子晶体材料开辟新的途径，拓展自组装膜的应用领域。同时，探讨光子晶体薄膜的应用，摸索设计、制备新型光学器件的可行方法。

本项目研究围绕原计划方案在聚合物微球、胶体粒子以及光子晶体组装、性质及应用方面开展了系列研究。用微乳液溶剂蒸发方法制备了一种单分散多孔聚砜微球；合成了新奇的具有三维网络多孔结构的还原氧化石墨烯/a-Fe2O3复合水凝胶；用简易的方法制备了氮掺杂的二氧化钛三维光子晶体结构，并用聚苯胺(PANI)进行了敏化；通过溶胶凝胶法结合连续离子层吸附与反应的方法制备了CdS敏化的氮掺杂二氧化钛的(CdS-N-TiO2)反蛋白石结构的光子晶体薄膜，由于CdS或PANI敏化、氮掺杂以及周期性的有序反蛋白石结构的协同效应，相比于TiO2，CdS（或PANI）-N-TiO2反蛋白石薄膜的光电流明显得到了提高。利用PS球为模板，合成了氮掺杂碳点(N-CDs)敏化的三维有序多孔的TiO2反蛋白石结构，N-CDs的敏化大大提高了薄膜光电化学性能和光催化活性，使得复合薄膜的光响应范围拓展到了可见光范围。N-CDs-TiO2反蛋白石薄膜的光电流性能是TiO2反蛋白石薄膜的6倍，是TiO2纳米颗粒的18倍。用 N-CDs敏化比CDs敏化所制备的TiO2反蛋白石复合薄膜的光电流密度显著增强；组装了新颖的Bi2O3反蛋白石结构薄膜，在用N-CDs敏化之后，对模拟太阳光的响应性能明显提升，表现出优异的光电化学性能和光催化活性，在清洁能源、水处理和其他应用方面都具有潜在的应用前景。本研究发表SCI论文17篇。