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功能有机化合物由于具有结构与性能的多样性,分子易于剪裁,分子性能易于通过分子设计而调整的特点,使得有机材料的研究在整个材料科学领域占有极其重要的位置。而有机纳米材料作为有机材料的一个重要分枝,是整个纳米材料研究领域中不可或缺的和前景广阔的方向。有机材料包括高分子,生物分子和有机小分子材料等,并在人类发展中占据并发挥着及其重要的作用。随着科技进步,人类认识在纳米领域的不断探索开拓,纳米赋予了有机材料新的性能和应用前景。
综上所述,本论文工作主要围绕研究制备含共轭体系分子的纳米结构展开。通过分子间弱相互作用如氢键、π-π堆积作用,亲疏溶剂作用等设计、合成、制备一系列共轭体系的自组装纳米材料;通过可结晶性溶剂的定向生长引导功能性共轭分子的组装,构筑二维和三维的有序纳米结构。具体如下:
第一章,包括三方面内容,介绍功能有机分子通过分子间氢键,π-π堆积,亲疏溶剂,耦极作用,静电相互作用等弱相互作用可控自组装成各种有机纳米结构;介绍定向组装方法在制备有机纳米材料方面的应用,包括模板法,外加物理场法,晶体生长诱导法,DNA诱导法等;介绍有机纳米材料在太阳能电池,发光器件,药物传输等方面的应用。
第二章,溶剂调节共轭分子TX-A自组装非手性纳米带,右旋手性纳米线和左旋手性纳米线。SEM和TEM图片以及CD光谱都显示了在不同条件下组装的纳米结构有明显的变化。结果证明在自组装过程中,溶剂的极性以及氢键在整个过程中起到了很重要的作用。该分子的自组装过程为进一步研究非手性分子组装为手性纳米结构提供了实验依据。
第三章,提出了一种由萘作为溶剂制备多孔共轭聚合物骨架结构的新方法,该方法能够用于制备大π体系共轭聚合物的多孔结构,有无机杂化的聚合物多孔结构和功能小分子的多孔结构。该方法通过简单的控制实验的温度和冷却方式,得到具有不同孔大小和不同孔结构多孔材料。该方法可以扩展到制备具有有序多孔结构的催化剂载体材料,功能化的电子材料等;也可以用来制备具有有机-无机层状交替结构的仿生材料。
第四章,用可在温和条件下结晶的萘作溶剂,通过不同的实验条件得到了排列很好的纳米点阵,平行排列薄片结构和交叉织向结构PPE薄膜。在实验中证实了用该种方法可以很容易的调节薄膜的形貌和各种参数,说明这是一种非常经济的制备具有有序结构的聚合物薄膜的方法,可以用在制备其他半导体聚合物的有序结构膜方面。可以研究具有有序结构性质的半导体聚合物薄膜在光电学领域的应用。
第五章,将含巯基的苝二酰亚胺衍生物组装在氧化锌纳米棒上,苝二酰亚胺和氧化锌纳米棒在界面处形成超分子“口袋”,该超分子口袋对稠坏结构分子苝具有很好的选择性识别作用,当苝被该超分子口袋捕获后,体系的荧光会显著降低,其识别极限达到了10-12M,该方法还可以用于选择性分离苝。
第六章,设计和合成了以给体-受体交替结构为棒状部分的刚柔两性的两嵌段聚合物,我们对其在甲醇气体作用下的自组装行为进行了研究。通过改变条件,我们得到了该嵌段聚合物多孔薄膜,囊泡和纳米球结构。我们研究了形成这些结构可能的机理。该研究拓展了刚柔两嵌段共聚物的研究领域,是对两嵌段共聚物组装方面的一个补充,有助于研究具有给体-受体交替结构的共轭聚合物的组装性质,为从控制具有给体-受体交替结构共轭聚合物的微结构到其在光电学领域的应用提供了思路。
第七章,设计和合成了带有电子受体单元萘二酰亚胺嵌段的两嵌段聚合物,并研究了其自组装性质。我们在该嵌段聚合物体系中引入具有电子给体性质的有机共轭分子,并希望通过电子给体和受体的超分子作用而使小分子插入嵌段聚合物一侧中,改变嵌段聚合物一端的刚性和嵌段长度,从而改变其自组装性质。
第八章,论文总结。