水溶性共轭聚合物材料的研究

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共轭聚合物具有优异的光、电性能,在发光二极管、光伏器件、场效应二极管、固体激光以及存储器等领域有着广泛的研究和应用。水溶性共轭聚合物是指因带有一些水溶性基团而能在水中表现出较好溶解性的一类聚合物发光材料。近十年来,水溶性共轭聚合物在化学、生物传感器领域的潜在应用令其成为材料和高新技术领域的研究热点。本论文合成并表征了阳离子型聚对苯乙炔衍生物MPN-PPV以及四种离子型聚芴交替共聚物。研究了水溶性共轭聚合物水溶液的光致荧光性质及在传感器方面的应用;通过静电组装在水溶液中制备了共轭聚合物/半导体纳米晶体的纳米复合物,并探究了两组份之间的能量传递和电子转移过程。   首先,我们创新性地采取了Gilch法的合成思路制备MPN-PPV,并对其中关键反应步骤氯甲基化的反应时间、温度展开了有意义的探究,实现了可控化操作,总反应步骤缩短至4步,大大提高了反应效率。我们对MPN-PPV稀溶液的光致发光性质作了较为系统的研究。MPN-PPV因其特殊的两亲分子结构,在稀的水溶液中可能存在聚集态。因此在水溶液中添加甲醇以及pH值的变化对MPN-PPV稀溶液的荧光强度有显著影响。阴离子表面活性剂SDS的加入诱导了稀溶液中MPN-PPV构象的改变。伸展的高分子链导致了荧光强度的显著增加。同时MPN-PPV对阴离子淬灭剂Fe(CN)64-的存在有着敏感的响应。这为下一步开发新型传感器提供了有益的思路。   同时我们Suzuki法的合成思路制备一系列阴离子以及阳离子型的聚芴交替共聚物。用噻吩代替苯环与芴交替共聚使得最终产物的能带结构发生显著变化。导致芴/噻吩共聚物的紫外吸收和荧光发射都发生红移(40-60nm)。溶剂同样对聚芴稀溶液的荧光强度有显著影响:在纯甲醇溶液中共轭高分子有更强的光致荧光和更高的量子效率。同时与其他水溶性共轭高分子一样对小分子淬灭剂有着敏感的响应。   在此基础上我们进一步探究了通过静电引力组装共轭聚合物/CdTe纳米颗粒的纳米复合物。在纳米复合体系中,共轭高分子材料对半导体纳米颗粒荧光性质的影响与共轭高分子材料的能级结构有着密切的关系。与不同的共轭聚合物材料混合,CdTe纳米颗粒荧光的增强和淬灭现象都被观测到。这暗示着在纳米杂化体系中,两组份之间电子转移和能量传递都有可能发生。同时通过改变两组分之间的距离或者溶剂的极性也会影响到共轭聚合物和纳米晶体之间的相互作用。
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