功能化碳納米管復(fù)合物的構(gòu)筑、表征與性質(zhì)研究.pdf

1、碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）由于其特殊的結(jié)構(gòu)以及力學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能，近年來引起了人們的廣泛關(guān)注。通過碳納米管與有機(jī)分子的功能復(fù)合與性能互補(bǔ)，能夠有效的彌補(bǔ)碳納米管自身性質(zhì)的不足，并制備出性能更為優(yōu)異的復(fù)合納米材料。本論文利用卟啉（porphyrin）和環(huán)糊精（cyclodextrin）對(duì)碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾，合成了多種結(jié)構(gòu)新穎的功能化碳納米管復(fù)合物，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，探討了復(fù)合物構(gòu)型與構(gòu)象對(duì)其性質(zhì)的影響，

2、研究了復(fù)合物的非線性光學(xué)、光伏性能與藥物結(jié)合能力。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 設(shè)計(jì)合成了一種結(jié)構(gòu)新穎的單壁碳納米管-卟啉共價(jià)直聯(lián)復(fù)合物。通過拉曼光譜、紅外光譜、電子吸收光譜等譜學(xué)手段、對(duì)照實(shí)驗(yàn)以及顯微成像技術(shù)對(duì)復(fù)合物進(jìn)行了全面表征，確認(rèn)了二者的連接模式，為有機(jī)分子對(duì)碳納米管的化學(xué)修飾提供了一種簡(jiǎn)便有效的途徑；通過熒光光譜觀察到復(fù)合物中碳納米管對(duì)卟啉熒光的強(qiáng)烈猝滅作用，猝滅機(jī)理研究表明其主要源自激發(fā)態(tài)卟啉與碳納米管之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)

3、移過程。
　　 首次報(bào)道了碳納米管-卟啉復(fù)合物的非線性光學(xué)性質(zhì)。通過卟啉的反飽和吸收與碳納米管的非線性散射兩種非線性機(jī)制的結(jié)合，以及復(fù)合物中卟啉與碳納米管之間的電子轉(zhuǎn)移過程提高了復(fù)合物的光學(xué)非線性性能；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合物的光限幅性質(zhì)優(yōu)于母體卟啉、碳納米管和C60，展示了其在非線性光學(xué)領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。
　　 為了探討復(fù)合物結(jié)構(gòu)與構(gòu)象對(duì)其性質(zhì)的影響，設(shè)計(jì)合成了單壁碳納米管-卟啉烷基鏈連接復(fù)合物與多壁碳納米管-卟啉直聯(lián)復(fù)

4、合物。前者通過柔性烷基鏈連接橋的引入，造成了親脂性長(zhǎng)鏈對(duì)碳納米管的纏繞和卟啉分子對(duì)其表面的覆蓋，削弱了碳納米管束間的范德華力，剝離了管束，使該復(fù)合物在有機(jī)溶劑中能夠較好的進(jìn)行分散；使用穩(wěn)態(tài)熒光光譜、時(shí)間分辨熒光光譜和納秒激光閃光光解技術(shù)研究了不同結(jié)構(gòu)的兩種單壁碳納米管-卟啉復(fù)合物的激發(fā)態(tài)衰減過程，發(fā)現(xiàn)以柔性烷基長(zhǎng)鏈連接碳納米管和卟啉的復(fù)合物較二者的直聯(lián)體系有著更多的復(fù)合物間猝滅過程；通過拉曼光譜和電子吸收光譜對(duì)合成的系列多壁碳納米管-卟

5、啉復(fù)合物的研究發(fā)現(xiàn)了底物碳納米管的管徑對(duì)功能化修飾反應(yīng)進(jìn)行程度的影響，隨著碳納米管直徑的增大，其反應(yīng)活性降低，生成復(fù)合物中卟啉的含量依次下降。
　　 在碳納米管-卟啉非共價(jià)復(fù)合物方面，研究了溶液中不同碳納米管對(duì)自由卟啉和金屬卟啉的吸附作用，結(jié)果表明碳納米管對(duì)卟啉的吸附能力隨納米管直徑的增大而減小，自由卟啉的吸附能力大于金屬卟啉；其次，合成了水溶性單壁碳納米管與水溶性卟啉，利用電子吸收光譜與熒光光譜滴定實(shí)驗(yàn)證實(shí)了碳納米管-卟啉非共

6、價(jià)復(fù)合物的生成，在此基礎(chǔ)上利用靜電自組裝成膜技術(shù)制備了相應(yīng)光伏器件，測(cè)試結(jié)果表明該復(fù)合物體系具備將光能轉(zhuǎn)化為電能的能力，在AM1.5條件下，開路電壓為336 mV，短路電流密度為23.7μA㎝-2。
　　 在碳納米管-環(huán)糊精復(fù)合物的研究中，利用羧基功能化的碳納米管通過縮合反應(yīng)分別合成了以酯鍵和酰胺鍵共價(jià)連接二者的復(fù)合物，討論了產(chǎn)物的表征結(jié)果。通過“click”反應(yīng)，將環(huán)糊精連接到碳納米管側(cè)壁，首次合成了共價(jià)連接的單壁碳納米管-環(huán)