Cryptophane A，E合成與表征及其甲烷敏感特性.pdf

1、甲烷是易燃易爆氣體，是礦井瓦斯主要成分，瓦斯爆炸易引起重大經濟損失和安全事故。因此，對礦井中甲烷進行監(jiān)測十分必要。目前，礦井甲烷監(jiān)測主要有熱催化燃燒型、氣敏半導體型、紅外吸收型和光干涉型瓦斯傳感器，但它們有檢測周期長、精度差、易中毒、維護不便等明顯不足。因此，研究一種安全、可靠、高靈敏度的甲烷傳感系統(tǒng)具有重大現實意義。籠形超分子材料是一類重要的新材料，其在生命科學、材料科學、分子電子學、傳感器等領域具有重要作用。近年來研究發(fā)現，籠形超分

2、子材料CryptophaneA和E對甲烷敏感，有望將它們用于新一代甲烷傳感器。
　　 采用三步法合成Cryptophane A和E；通過核磁共振、紫外吸收和熒光光譜等技術表征其結構和理化性質；設計制作纖芯失配型光纖甲烷傳感器，評價傳感性能；探討Cryptophane A和E對甲烷敏感機理。取得如下結論：
　　 (1)綜述國內外甲烷氣體監(jiān)測技術應用現狀，新型礦井瓦斯監(jiān)測技術研究情況，Cryptophanes A和E合成方法

3、及其甲烷敏感特性研究進展。
　　 (2)以香草醛為原料采用三步法合成Cryptophane A和E，得到最終合成產率分別為3.08％和9.79％。最優(yōu)合成和分離工藝為：第一步，香草醛過量，80℃下回流22h；1，2-二(4-甲酰-2-甲氧基苯氧基)乙烷分離先用溶劑溶解固體，然后抽濾、真空干燥，1,3-二(4-甲酰-2-甲氧基苯氧基)丙烷分離經重結晶、抽濾、真空干燥；第二步，緩慢多次加入NaBH4(MNaBH4/Mcompound

4、2=6∶1)，60℃下回流25h，反應完全后用稀HCl和甲醇/水溶液(體積比為1∶1)充分洗滌抽濾；第三步，甲酸(90％)中70℃下回流4h，并蒸干，經CH2Cl2萃取，最后硅膠色譜柱過柱(V二氯甲烷/丙酮=10∶1)。
　　 (3)核磁表征中4.41(d，6H，CHa)、3.41(d，6H，CHe)及36.78(Ca,e)的存在證明成功合成了Cryptophane A；而4.65(d，6H，CHa)、3.43(d，6H，CHe

5、)及36.13(Ca,e。)則證明成功合成了Cryptophane E。Cryptophane A和E最大熒光發(fā)射波長分別在440nm和435nm。在CH2Cl2溶劑中，Cryptophane A和E紫外吸收峰分別在λ1=236nm，λ2=284nm和λ1=234nm，λ2=286nm。
　　 (4)甲烷光纖傳感器敏感實驗結果表明，最佳入射角為15°，對Cryptophane A長度為3mm的傳感器其響應靈敏度好，而對Crypt