红外宽光谱吸收硫代双烯配位齐聚物/聚合物的设计、合成与表征

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoxunjun
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近红外光吸收材料在红外涂层、红外探测及隐身、生物成像等诸多领域都有着广泛应用,随着研究的深入,迫切需要具有更长波长吸收的红外材料。硫代双烯配合物是一类优秀的近红外吸收剂,目前对该类材料的报道仅局限于其小分子配合物,而聚合物的红外光吸收性能截至目前也鲜有报道,但聚合物具有独特的共轭电子结构使其成为一类潜在的长波红外吸收材料。本论文设计合成了含有硫代双烯配位单元的齐聚物及聚合物,研究该类材料的性能与配合物结构的关系,为该类材料的分子结构设计及应用奠定一定的研究基础。为此,开展了如下的研究工作:  1)设计合成了溶解性好的新型多齿配体,并通过逐步合成的手段合成了系列的多核金属硫代双烯配位齐聚物Ⅲ-1/2(单核配合物)、Ⅲ-3/4/5(双核配合物)和Ⅲ-6/7(三核配合物),以及多核硫代双烯配位聚合物Ⅲ-8。单核配合物仅在可见光区有吸收,而双核及三核配合物在近红外光800-1800 nm波段有较强的吸收,其中Ⅲ-6在其最大吸收波长(1258 nm)处的摩尔消光系数达到了105 M-1cm-1以上;而多核配位聚合物Ⅲ-8(n=43核)数均分子量达到23 kDa,并且在红外光区800 nm-25μm波段具有较强的吸收,最大吸收波长达到4μm;以Ⅲ-6及Ⅲ-8制备了低掺杂量(<1%)的红外滤光片,以Ⅲ-8制备的滤光片对红外光(800nm-7μm)有很好滤过作用,同时在可见光区波段的吸收非常微弱甚至没有吸收,表现出了优异的选择性红外吸收性能。  2)设计合成了新型苯并四硫富瓦烯齐聚物(Ⅳ-1/2)和梯形聚合物(Ⅳ-3),其中Ⅳ-3分子量高达60 kDa(GPC),该刚性结构的聚合物Ⅳ-3为首次被合成并报道。该系列聚合物及齐聚物具有较好的平面共轭结构,其中聚合物的空穴迁移率达到1×10-3,并且该聚合物与单壁碳纳米管(SWNT)具有较强的π-π相互作用,对SWNT具有优异的包覆性能;利用Ⅳ-1及Ⅳ-3进行配位,设计合成了双核配合物Ⅳ-4/6和多核金属配位聚合物Ⅳ-5/7,该系列配合物均有优异的近红外光吸收性能,且配位聚合物最大的光吸收波长达到1.9μm,并覆盖了近红外及中红外波段(800 nm-20μm),而且随着配合物中金属之间的共轭体系的减小,配合物的近红外吸收出现近2000nm的红移。  3)利用非共轭的烷氧基链将咔唑单元修饰到硫代双烯配合物的分子结构中,设计合成了系列近红外光吸收可控的硫代双烯配位化合物Ⅴ-1~Ⅴ-5及聚合物Ⅴ-6,它们均可以通过咔唑的二聚反应进行电化学聚合。小分子配合物Ⅴ-1~Ⅴ-5在800-1600nm波段具有强吸收特性,聚合物Ⅴ-6在近红外光区800-3000nm波段有宽而强的近红外吸收。将配合物Ⅴ-1~Ⅴ-6进行电化学氧化交联聚合,制备了均一致密的聚合物薄膜PⅤ-1~ PⅤ-6,薄膜的厚度可以通过控制循环伏安扫描的圈数进行调节,同时聚合物薄膜还具有较好的近红外吸收性能。
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