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纳米结构在材料科学、生化应用、工业生产等方面具有重要的研究价值,而有机共轭分子作为构筑纳米结构的一个新颖单元,越来越吸引人们的注意。本论文围绕有机共轭分子合成、聚集态结构和性质这一主题,设计、合成了一系列有机共轭分子体系,利用共价键、配位键及弱相互作用如氢键、π-π堆积作用等,得到了不同的纳米聚集态结构,在具有光电转换性能的给受体系、共轭聚合物、有机纳米材料、功能材料等几个方面开展了研究工作。
本论文包含八章,第一章是绪论。
第二章,合成了共价连接卟啉单元的分子,同时成功实现了由这些分子从零维到多维纳米结构的构建。扫描电子显微镜和透射电子显微镜直观地记录了这些纳米结构从零维到多维的生长变化过程,也证实了该分子能通过自组装,从零维的囊泡结构,不断生长形成一维和二维的纳米管结构。通过导电原子力显微镜研究表明,该分子具有半导体的导电性质。
第三章,通过Wittig反应合成连有卟啉、苯撑乙烯和富勒烯单元的共轭聚合物。循环伏安测试显示,聚合物具有光致电子转移性质,通过构建三电极光电化学池,发现聚合物薄膜修饰的ITO工作电极在白光幅照下能产生稳定、可逆的光电流。聚合物能形成纳米块状结构;当加入一倍当量的4,4-联吡啶后,得到了纳米纤维状的聚集结构;当加入五倍当量的4,4-联吡啶后,得到了多级孔状结构。结果表明,金属卟啉和联吡啶之间的轴向配位作用,对于卟啉类聚合物的聚集形态具有很重要的作用。
第四章,合成了连有苝四甲酰二亚胺、苯撑乙烯和富勒烯单元的共轭聚合物。聚合物的结构和组成通过核磁氢谱、傅立叶红外光谱和凝胶渗透色谱进行了分析。同时也通过紫外光谱和荧光光谱对其进行了分析。循环伏安测试显示,聚合物具有光致电子转移性质。通过构建三电极光电化学池,发现聚合物薄膜修饰的ITO工作电极在白光幅照下能产生稳定、可逆的光电流,同时,电流强度随着聚合物中富勒烯含量的增加而增加。
第五章,通过铑催化剂将含有四苯基甲烷的炔基化合物分别与C60、锌卟啉的乙炔衍生物共聚,得到了两种聚乙炔体系,并对其进行了全面表征。通过扫描电镜观测了共聚物体系的聚集态结构,发现含有C60的聚乙炔在氯仿中利用C60的堆积作用能够形成大量的纳米粒子;而对于含有锌卟啉的聚乙炔,可以利用锌卟啉与4,4-二联吡啶以及三乙烯二胺的轴向配位作用,通过分别改变它们的比例来控制聚合物在氯仿中的形貌,可以得到纳米粒子、纳米纤维等。对这两种聚乙炔体系进行了光电响应测试,发现含有锌卟啉的聚乙炔体系均能产生稳定而快速的阴极光电流,这说明体系存在有效的光诱导电荷转移。
第六章,证实了一个简单而又方便的方法在铂片或者ITO玻璃上制备有机电荷转移复合物(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2纳米棒阵列。通过透射电镜的电子衍射以及X-射线衍射均可证明这种纳米棒为晶体。通过改变反应时电流密度的大小,可以得到不同形貌的(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2纳米棒阵列。场发射测量显示,(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2纳米棒阵列是一种优良的场发射材料。其开启电压与其它的一些重要的材料相当,同时其功函数也比石墨等都要小。
第七章,通过有机液相反应与低温生长相结合的方法,得到了(BEDT-TTF)(TCNQ)单晶纳米线以及其它形貌的(BEDT-TTF)(TCNQ)。改变不同的生长温度,研究了(BEDT-TTF)(TCNQ)纳米线的生长过程。同时,对(BEDT-TTF)(TCNQ)纳米线在不同压力下电阻和温度关系、电输运性质进行了研究,(BEDT-TTF)(TCNQ)纳米线显示出半导体的特性。
第八章是论文的总结。