手性介观结构无机氧化物光学活性的调控

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手性无机氧化物材料,因其光学活性、强耐压耐热性质、宽波长响应性等性质,在材料领域具有广阔的应用前景,而受到人们的广泛关注。目前,人们已经合成了介观结构类别众多、具有多种多样光学活性的手性无机材料。但是一些材料在合成阶段的可控性差,更缺乏对该类现象的理论研究。本论文中通过设计实验研究了介孔二氧化硅受温度影响发生手性反转的机理,通过控制手性结构调控手性氧化锌膜的光学活性,通过手性无机氧化物材料诱导产生了聚集发光分子手性排列以及相应的光学活性。在第一章中,对手性无机材料的研究背景和目前所存在的问题进行了总结,提出了本论文拟解决的关键科学问题及其解决方法。在第二章中,在合成手性介孔二氧化硅的体系中,反应温度为0 ~oC和20 ~oC时分别形成螺旋飘带状形貌和扭曲柱状形貌,且二者的手性相反。通过调整反应时间追踪反应过程,分析发现0 ~oC时氢键不易断裂,手性两亲性分子依靠氢键牢牢结合在一起,保持原有的手性排列形成柱状胶束;而在20 ~oC时,氢键发生断裂,层状胶束连同氢键的网络被硅源破坏,而后因空间位阻的影响重新组装成手性相反的柱状胶束。由此得出该手性反转的根本原因是由于低温时氢键诱导的手性取向与高温时空间位阻诱导的手性取向相反。在第三章中,通过改变反应条件,调控手性氧化锌膜的手性尺寸以及螺距,在紫外可见波段调节出对应不同级别手性结构的不同波长光学活性响应,响应波长在300~600 nm波段可控,以适应不同的需求。根据圆Bragg共振反射方程,推测出光响应波段产生偏移是由材料的螺距不同导致的。综合实验结果分析发现,形貌中手性结构越明显,有序度越高,杂质颗粒越少,则材料的光学活性越强。在第四章中,通过聚集发光分子-手性无机氧化物杂化诱导形成聚集发光分子手性排列并产生光学活性。不同聚集发光分子/手性无机氧化物的比例产生不同强度光学活性的材料。通过吸附离心法发现一维手性无机氧化物适合诱导分子结构小的聚集发光分子,三维手性无机氧化物适合诱导官能团多的聚集发光分子。一维手性二氧化钛纳米纤维和三维手性氧化锌纳米花能诱导四苯基乙烯衍生物进行手性排列,得到高光学活性的有机-无机复合材料。在第五章中,对全文的工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。
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