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金属和半导体纳米粒子作为纳米材料中最受关注的部分,近年来得到了广泛的研究,并成功的应用于光学、电学、磁学、光电功能器件以及生物传感器等领域。以其易于功能化和性质可控的优点,与有机化学结合以后在杂化材料领域又凸显优势。有机共轭体系是一类具有长程π电子离域的分子,具有金属、半导体等类似的性质,自从其发现以后就不断被科学家研究创新,目前已经成功应用于导电、光电功能材料、发光二极管等领域。有机共轭体系与纳米粒子在分子级别的杂化是新近发展起来的一个全新的研究方向,通过结合各自的优点,有效地弥补了在某些性质方面的不足,使得到的杂化材料具有更加优良的潜在应用价值。
本论文共分七章,基本上都是围绕有机共轭体系与纳米粒子的杂化材料,其中包括有机共轭体系的设计、合成,以及杂化材料的构建和性质研究。其中第一章对有机共轭体系与纳米粒子杂化材料的研究进展进行了较为系统的阐述。后面几章从设计和发展新的杂化材料制备方法及杂化材料性质研究出发,提出了制备杂化纳米材料的新方法,并得到如下结论。
设计合成了含有卟啉、寡聚对苯撑乙烯和吡啶的寡聚物,以吡啶为功能基团对金纳米粒子进行功能化。通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱、透射电镜以及动态光散射实验对该杂化体系的自组装行为进行了研究。结果表明,通过对溶剂体系、配体与纳米粒子的比例、以及自组装时间的调控,可以得到不同形貌的自组装纳米结构。我们对其自组装过程进行了跟踪实验,提出了可能的自组装机理。
基于以上工作,作者发展了一个逐层自组装的方法,制备了卟啉-寡聚对苯撑乙烯-吡啶三元体系功能化的金纳米粒子自组装薄膜。通过对其在溶液中以及薄膜状态下进行研究可以得到,该杂化体系可以与富勒烯形成超分子复合物。通过光学以及电化学实验证明,掺杂了富勒烯的杂化薄膜具有超过单一体系薄膜6倍的光电转换活性。
基于简单的溶剂热方法,成功合成无配体包覆,光学性质可调控的荧光金原子簇,研究了其生长过程并对其进行了配体功能化。通过紫外可见,荧光光谱,MALDI-TOF,ESI质谱及透射电镜观察,研究了金原子簇的组成及聚集行为,发展了一个无配体制备和功能化荧光金原子簇的新方法。
通过直接嫁接的方法构建了一系列呋喃功能化聚对苯二炔化合物和金纳米粒子杂化体系(PPE-Au)。合成并表征了一系列不同呋喃含量的聚乙炔化合物及马来酰业胺功能化的金纳米粒子。通过呋喃和马来酰业胺的D-A加成反应合成了聚合物.金纳米颗粒杂化体系,对聚合物荧光效率的影响和对金纳米粒子本身聚集行为的影响,发展了一个对D—A反应的多效检测手段,同时也发展了一个金纳米粒子可控自组装的新方法。
合成并表征了一系列马来酰亚胺封端的寡聚对苯撑乙烯小分子以及呋喃功能化的金纳米粒子,利用Diels-Alder反应的热可逆性质,在简单的条件下构建了寡聚物和金纳米粒子杂化体系(OPV-Au),成功实现了金纳米粒子从无序到有序的可逆组装,以及共轭小分子的荧光可逆调控。
最后一章对本论文的工作进行了总结。