环糊精作为第二代超分子主体分子,由于其特殊分子结构——疏水性空腔和亲水性表面,能够与许多疏水分子通过非共价键形成超分子包合物,因此在电分析、生物工程、环境保护等领域中,被广泛使用。本文将具有超分子主-客体识别特性的环糊精及其水溶性聚合物与纳米材料相结合,设计和制备多种具有超分子识别性能的纳米材料,拓展了环糊精纳米材料在电化学和水处理中的应用。本论文主要分为以下五个部分：1.静电纺丝法制备p-环糊精/聚乙烯醇纳米纤维膜及其超分子捕集性能的研究将p-环糊精引入静电纺丝体系,以水溶性高分子聚乙烯醇为母体制备了p-环糊精／聚乙烯醇纳米纤维。利用红外光谱、扫描电镜对纤维的形貌、理化性质进行了表征,研究了环糊精对纳米纤维形貌的影响,证明环糊精的浓度可以调节纤维的直径与形貌,通过对纺丝溶液核磁氢谱与流变性质的研究,揭示了β-环糊精与聚乙烯醇之间的氢键相互作用,并探讨了p-环糊精对静电纺丝的影响。此外,利用这种具有超分子识别能力的纳米纤维制备了高效的分子捕集电极,通过循环伏安法检测了其对模型分子二茂铁的捕集。2.p-环糊精功能化聚丙烯腈纳米纤维的制备及对亚甲基蓝吸附性能的研究以有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺为纺丝溶剂,利用静电纺丝法制备了聚丙烯腈/β-环糊精纳米纤维。采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射等测试对纳米纤维进行了表征,并研究了纺丝溶液的电导率和粘度。结果表明,调节p-环糊精的添加量可以显著改善纳米纤维的形貌,而且固定在纤维上的p-环糊精保留了空腔结构,为其在纳米纤维中发挥超分子特性提供了可能。通过紫外光谱法详细研究了聚丙烯腈/β-环糊精纳米纤维对亚甲基蓝溶液的吸附性能和吸附机理。结果表明,纳米纤维中的p-环糊精显著提高了纳米纤维的超分子吸附能力,这种纳米纤维在吸附分离过程、电化学传感器、药物控制释放等领域有潜在的应用价值。3.静电纺丝法制备羟丙基-p-环糊精纳米纤维及其吸附性能的研究在之前环糊精静电纺丝的工作基础上,选用羟丙基-p-环糊精在不掺杂任何聚合物的条件下进行直接静电纺丝研究。通过对纺丝溶液浓度的调控,成功制备了形貌良好的环糊精纳米纤维。研究了不同浓度纺丝溶液的核磁氢谱,及流变性质对静电纺丝的影响,揭示了高浓度环糊精溶液具有与聚合物溶液相似的性质,通过分子间氢键形成的自组装聚集体缠结是环糊精静电纺丝形成纤维的重要原因,并分析了溶液浓度与特性粘度的关系,得出环糊精自组装聚集体的缠结浓度。此外,研究了这种环糊精纳米纤维对有机染料中性红的吸附性能,25℃时其平衡吸附量为18.41mg g-1,拟二级动力学常数为9.83×10-4g mg-1min-1。4.水溶性二茂铁环糊精聚合物的制备及其电化学特性的研究鉴于β-环糊精自身的低水溶性,在许多领域的应用受到很大限制,因此将β-环糊精与交联剂环氧氯丙烷进行聚合反应,制备高水溶性β-环糊精聚合物以克服环糊精自身的不足。首先,选取电化学领域广泛使用的非水溶性二茂铁作为客体分子,设计了一种高水溶性二茂铁-环糊精聚合物超分子包合物。通过核磁氢谱、元素分析、X射线衍射、热失重、红外光谱、紫外光谱、电化学循环伏安法等,对包合物进行了研究。和二茂铁本身及二茂铁-β-环糊精包合物对比,这种包合物的水溶性有着显著提高。包合物二茂铁分子与环糊精单元的摩尔比为1：1,25℃时的解离常数为3.65mM。此外,还详细研究了包合物的电化学性质,氧化态与还原态的扩散系数分别为3.52×10-7cm2s-1和3.93×10-7cm2s-1,标准速率常数为1.95×10-3cm s-1,扩散活化能为21.8kJmol-1。5.水溶性环糊精聚合物-碳纳米材料的制备及其超分子识别性能研究本课题组已经研究了β-环糊精聚合物对于不同客体分子的包合增溶效果,证明了这种主体超分子聚合物能够包合各种尺寸的疏水分子(如β-环糊精空腔尺寸相匹配的二茂铁,大于β-环糊精空腔尺寸的金丝桃素等)。为了制备具有超分子识别功能的纳米材料,将β-环糊精聚合物与多种碳纳米材料(从零维结构到二维结构,如富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯)通过非共价键相互作用进行负载,设计了一系列水溶性超分子功能化的碳纳米材料。通过紫外光谱、拉曼光谱、红外光谱、透射电镜、扫描电镜、热失重测试,对环糊精聚合物-碳纳米材料进行了研究,证明环糊精聚合物与碳纳米材料之间的非共价键相互作用使碳纳米材料稳定分散在水相中。此外,利用电化学循环伏安法研究了功能化碳材料的超分子识别能力。并且,通过在多壁碳纳米管表面发生对氨基硫酚与β-环糊精聚合物的超分子包合,实现了金、铂纳米粒子在碳纳米管壁上地直接修饰,并对铂修饰碳纳米管的甲醇电催化性能进行了研究。