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当前社会的快速发展对材料的综合性能要求越来越高,开发出简便、高效的新型功能材料制备方法显得尤为重要。在传统构筑功能材料的方法中,向常规结构型材料体系中引入表面带有活性官能团有机分子层(以下简称“活性层”)的异质功能组分(即功能性纳米材料)是一种最有应用前景的制备方法,但是这种方法的普适性较差,往往需要重新设计合成路线以制备不同的活性层来满足不同应用场合的要求。而另一方面,超分子化学本身具有“动态、可逆”的本质特征,自从将超分子化学引入材料领域以来,研究者们已经开发出了自愈合材料、刺激响应性智能材料等多种超分子功能材料。不过目前大部分超分子功能材料均是在溶液或水凝胶的形式下发挥作用,并且在一定程度上依赖于精细的分子设计,不利于实际应用。 在本学位论文中,通过环糊精的主客体包合作用在功能性纳米材料表面构筑“可变”活性层,将传统功能材料制备方法的便捷性和超分子化学“动态、可逆”的特性结合起来,为开发相关新型超分子功能材料奠定了基础。此外,由于环糊精的主客体包合作用具有选择性,只有特定结构的分子才能与之发生包合而对纳米材料的性能造成一定的影响,为开发新型“智能”固态超分子检测分析材料提供了更多可能性,以弥补目前大部分超分子分析检测材料选择性差或应用形式有限(大部分为溶液或水凝胶状态)的不足。 在第一部分的研究工作中,采用后修饰方法——紫外线照射法在二氧化钛(TiO2)纳米粒子表面修饰上β-环糊精分子(βCD),之后与带有可聚合双键的客体分子(HEMA-Ad)进行包合,在TiO2纳米粒子表面形成活性层(可聚合双键),并与基体材料单体进行共聚,成功制备出了一种具有自愈合性能的新型醇溶性紫外线屏蔽涂料。结果表明,涂料在九=200-350nm区间的屏蔽率>90%,可以有效保护基底材料免于由紫外线引发的光降解化学反应所造成的损害。此外,在聚合物链缠结和主客体包合作用的共同作用下,得到的涂料具备同一位置多次自愈合的性能。随着机械损伤的修复,其紫外线屏蔽能力也随之完全恢复。 在第二部分的研究工作中,采用原位修饰——“一锅煮”法在CdTe表面修饰βCD分子,之后同样利用HEMA-Ad与βCD分子间的主客体包合作用在CdTe表面形成活性层,与基体材料单体羟甲基丙烯酰胺(HMAAm)进行共聚,在室温常压下干燥后得到一种可重复使用的、具有高荧光保留率的量子点(QD)干凝胶。在该体系中,由于CdTe纳米晶在聚合物网络中受到其表面βCD分子和与聚合物链相连Ad基团间主客体包合作用的束缚而被“锁定”,避免了在干燥过程中CdTe纳米晶聚集体的形成,从而使得到的干凝胶相对于聚合前QD溶液的荧光保留率高达85%。得到的干凝胶还具有多功能性的特点,既可以作为定量分析平台检测多种芳香类分子,还可以作为定性分析平台区分同分异构体。此外,还可以向干凝胶内引入酶而应用于生物检测分析领域。最重要的一点是,使用过的干凝胶经过简单的处理即可再次重复使用,缓解环境压力。 在第三部分研究工作中,仍采取原位修饰法在石墨烯表面修饰上不同类型的环糊精分子(包括α、β和γ-环糊精)。由于RGO特殊的片状结构,可以在叉指电极表面沉积成导电薄膜,同时由于环糊精主客体包合作用具有选择性,对不同种类的苯系物的响应性存在差异,利用这些信号差异来达到区分苯系物分子的目的。该项工作还在进一步完善当中。 通过上述研究工作可以发现,在功能性纳米材料表面通过环糊精主客体包合作用修饰“可变”活性层的方法来构筑功能材料具有以下优势:(1)功能性纳米材料选择范围广。既可以利用商品化的纳米材料通过后修饰的方法在其表面修饰环糊精分子,也可以通过原位修饰的方法在制备纳米材料的过程中修饰环糊精分子。(2)可适用于不同基体材料。只需通过调整客体分子上的活性官能团,再与修饰有环糊精的功能性纳米材料进行包合即可实现将需要的活性官能团“连接到”纳米材料表面,轻松实现随基体材料的不同而改变活性官能团,解决了传统方法中普适性差的问题。(3)功能性纳米材料表面环糊精的主客体包合作用具有选择性,为开发能够区分化学底物的智能型检测分析材料奠定了基础。 基于环糊精主客体包合作用在纳米材料表面构筑可变活性层的方法,为传统功能材料构筑方法和超分子功能材料的发展搭建了新的桥梁。本学位论文所报道的研究内容是对于开发新型超分子功能材料的一个探索,具有重要的参考价值和借鉴作用。