酞菁金属的合成及其光学性能研究

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自酞菁被发现开始,基于酞菁的研究便受到了许多人的关注,酞菁的18π电子大环结构使其具有优秀的光学性能以及稳定性,因此酞菁功能材料可广泛应用于多个方面,酞菁锌被用于制备化学传感器和光动力治疗,酞菁铜可用于制备液晶光阀和气体传感器,聚酞菁镍的线性共轭结构使其具有作为导电聚合物的潜力,磺化酞菁钴可以用作脱除累质油中硫醇硫的高效催化剂,目前,基于酞菁环的研究包括改变酞菁环中心配位金属和外环结构,外环结构的改变进一拓展了酞菁功能材料的应用,引入不同的取代基可使酞菁在保持原有性能的同时弥补自身的不足,同时赋予酞菁更多物理化学性能。目前酞菁已经作为一种新型材料广泛运用于多个高新技术行业。本论文中,我们用高度对称的双邻苯二甲腈,合成了一系列支化酞菁金属,这类酞菁金属表现出独特的光学的性能,官能团的引入使原本不具有固体荧光的酞菁金属具有固体荧光性能,同时在聚集状态下发出荧光,基于这一性能,我们系统性研究了光学性能与中心配位金属以及分子量之间的关系。此外,通过简单的材料复合,制备了一种基于支化酞菁金属的磁性纳米微球,该复合纳米微球具备优异的有机染料吸附与光催化降解性能。首先,以具有联苯结构的双邻苯二甲腈为有机前驱体,通过溶液反应法一步合成了具有固体荧光性能的酞菁锌,通过改变反应中金属离子的类别制备了一系列具有固体荧光性能的酞菁金属,并以酞菁铜为对象进一步研究其荧光性能与分子量的关系。我们发现了反应时间为4小时的支化酞菁铜在365 nm紫外光激发下表现出最优的荧光发射特性。并且,该结构的酞菁铜的溶液状态下遇到不良溶剂后聚集也具有荧光性能。我们继续在外环结构上引入羧基及磺酸基团,使支化酞菁铜具有水溶性。为了进一步探索支化酞菁金属的光催化性能与吸附性能,我们将上述合成的支化酞菁金属加入到罗丹明B溶液与亚甲基蓝溶液中进行光催化降解有机染料的测试,并系统的研究了配位金属类别,酸碱度等因素对酞菁金属光催化性能的影响。同时,我们将引入羧基基团的支化酞菁进行吸附性能测试,发现羧基的引入改变了支化酞菁的微观形貌使其具有更好的吸附有机小分子的能力。最后,我们制备了一种粒径在300 nm的磁性四氧化三铁微球,并成功将上述支化酞菁在微球表面合成并制备出磁性复合微球,该微球保留了支化酞菁自身的光催化性能,而磁性微球的引入使其能够回收利用而不造成对水体的二次污染,实验结果表明该微球在循环使用两次之后依然保存良好的光催化性能与吸附性能,该磁性微球预计可通过进一步优化后对环境保护和污水治理等领域起到较好的效果。
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