印刷式铜基MOF导电油墨的开发及其应用开题报告

1. 研究目的与意义

印刷电子的发展使得导电油墨越来越受到人们的重视，但是目前商业化的导电油墨主要是复合型导电油墨，所用的导电填料一般为无机填料，如金、银、铜、镍、炭黑、石墨、碳纤维等，存在烧结温度高的问题。为了解决烧结温度高的问题，国内外对导电油墨的研究主要集中于纳米银导电油墨，纳米尺寸效应使得纳米金属导电油墨烧结温度显著低于金属熔点，加入纳米银作为导电粒子后不仅降低了导电油墨的烧结温度，还使导电油墨具备了良好的导电性和稳定的化学性能。虽然银导电油墨存在导电性高、化学性能稳定的优点，但是其成本较高，所以仍需开发新型具有高性能且成本低的导电油墨。近年来，随着人们对印刷电子和导电油墨的深入研究，各种性能独特的导电油墨及其制备方法层出不穷，被广泛应用于各个领域。而不断探索催化性能更加优异、制备成本更低的导电油墨及更好的应用方法，对印刷电子的发展和相关企业生产成本的减少具有重要的实际意义。随着纳米技术和纳米材料的不断发展，金属有机骨架（Metal-organic frameworks,MOFs）材料由于具有结构多样化、比表面积大、孔隙率高，且其具有大量的空缺金属位点、可调的孔结构及有机配体功能的多样性等特性受到了人们越来越多的关注，在生物传感、能源催化等众多研究领域均展现了广阔的应用前景。其中研究发现铜基MOF材料具备比表面积大、催化性能优异、制备成本低等优点，可进行批量化生产有望实现商业化应用，但是目前关于铜基MOF导电油墨的研究还很少且其在电化学传感领域的应用还有待进一步开发。因此，基于铜基MOF设计合成具有比表面积大、催化性能优异且制备成本低的导电油墨，并将其应用于电化学传感领域将具有很高的研究价值，且对于印刷电子的跨越式发展具有非常重要的意义。

本论文中我们采用具有独特比表面积、结合位点以及其优异催化性能且其制备成本低、可以实现商业化生产的铜基MOF材料（HKUST-1），通过添加不同比例的粘结剂(树脂、玻璃粉等)、添加剂(包括分散剂、流变剂等)等成分制备兼具导电性能和催化性能的铜基MOF导电油墨。本实验将通过探索反应条件制备出性能优异的铜基MOF材料，通过添加不同比例的粘结剂(树脂、玻璃粉等)、添加剂(包括分散剂、流变剂等)等成分制备兼具导电性能和催化性能的铜基MOF导电油墨，进一步设计印刷电极并通过丝网印刷技术将铜基MOF导电油墨印刷制成柔性电化学传感器件。通过开发印刷式铜基MOF导电油墨及探索其应用，为印刷电子的发展做出贡献。

2. 研究内容和预期目标

制备具有独特比表面积、结合位点以及其优异催化性能且其制备成本低、可以实现商业化生产的铜基mof材料（hkust-1），通过具有独特比表面积、结合位点以及其优异催化性能且其制备成本低、可以实现商业化生产的铜基mof材料（hkust-1），通过添加不同比例的粘结剂(树脂、玻璃粉等)、添加剂(包括分散剂、流变剂等)等成分制备兼具导电性能和催化性能的铜基mof导电油墨。具体研究内容包括：

(1)合成铜基mof材料；并对材料进行sem、xrd、xps等表征；分析材料合成条件对材料结构和性能的影响；

(2)将制备的铜基mof材料与不同比例的添加剂进行复合制备铜基mof导电油墨并对其催化性能和导电性能进行测试；

3. 研究的方法与步骤

常见铜基mof材料的合成方法主要有溶剂热合成法、超声波法、微波法、电化学法、原位生长法和固体法等。

本实验使用的方法和步骤如下：

(1)将cu(no)·3ho和hbtc均匀溶解于溶剂中，搅拌10-20分钟；

4. 参考文献

1. song k s , kim d , coskun a . hierarchically porous reduced graphene oxide coated with metal–organic framework hkust1 for enhanced hydrogen gas affinity[j]. acs applied nano materials, 2020, 3(2):985-991.

2. jalal n r , madrakian t , afkhami a , et al. in situ growth of metal–organic framework hkust-1 on graphene oxide nanoribbons with high electrochemical sensing performance in imatinib determination[j]. acs applied materials interfaces, 2020.

3. wang q , yang y , gao f , et al. graphene oxide directed one-step synthesis of flowerlike graphene@hkust-1 for enzyme-free detection of hydrogen peroxide in biological samples[j]. acs applied materials interfaces, 2016:32477.

5. 计划与进度安排

(1) 第1周-第4周，查阅相关文献和资料，制定详细的实验方案与计划，准备开题报告；论文绪论部分的撰写；

(2) 第5周-第7周，合成铜基mof材料；并对材料进行sem、xrd、xps等表征；分析材料合成条件对材料结构和性能的影响；

(3) 第8周-第10周，将制备的铜基mof材料与不同比例的添加剂进行复合制备铜基mof导电油墨并对其催化性能和导电性能进行测试；