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近年来,在纳米材料的研究中,金属和半导体纳米材料的研究一直占据主导地位。而有机纳米材料由于其独特的光学、电学、催化、药物、生物等性能,以及其种类多样性,功能团的易裁减性等,引起了全世界科学家们的极大兴趣。有关有机纳米材料的制备方法及应用不断被报道出来。
本论文主要研究了一维有机纳米材料的制备方法、性质及应用。获得如下主要创新性结果:
第一,用溶液再沉淀方法,我们选择D-A-D化合物DAPMP的衍生物,通过偶极-偶极相互作用等分子间的超分子作用力引导方向性的一维生长,并研究了取代基对纳米形貌的影响,结果发现偶极作用力大小、方向、分子平面性等对所得材料的形貌起决定性作用:1)偶极矩的大小决定分子沿特定方向重排生长的驱动力的大小,进而决定所得纳米材料是一维还是零维;2)偶极距的方向决定分子重排优势生长的方向取向,当在偶极作用较弱的一个方向上引入给电子基团,增强了该方向的偶极作用,诱导生成了二维的纳米带或纳米片。引入吸电子基团更削弱了该方向的偶极作用,因此另一方向的偶极作用诱导分子沿着该方向进行重排,生长为一维纳米线;3)同一取代基如果连在不同的位置,对偶极作用的方向及空间位阻都有影响,生成的纳米形貌也不一样;4)分子的平面性决定分子重排过程中的空间阻碍,如果空间位阻较大就会阻碍分子的叠合排列,最终只能形成纳米颗粒。
第二,利用再沉淀法,通过A+B反应合成方法,制备了Ni(DMG)2单晶纳米结构,并且通过改变浓度实现了不同形貌的可控生长,在浓度低的条件下得到六方纳米管,随着浓度升高,逐渐变为实心的六方纳米棒。这种由合成反应制备一维有机纳米材料的方法来为制备有机纳米材料提供了一种新的途径。另外,这种功能性纳米材料还可以制备成试纸,用来检测水中的重金属Ni离子。
第三,还对分子间超分子作用力不足或者方向性不好而不能由溶液再沉淀方法实现定向生长的有机化合物,引入帽子试剂(Capping Agent)辅助生长,得到了有机分子的一维和零维的纳米材料。