羟基苯基、磺酸钠苯基卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的研究

论文摘要

1991年日本科学家Iijima首次利用电弧放电法发现了碳纳米管（Carbon Nanotubes CNTs）,由于CNTs独特的内在结构,表现出奇特的物理化学性能,引起人们对碳纳米管产生了极大的兴趣,对碳纳米管的研究成为了全球的研究热点之一。人们预测它将是21世纪最具潜力的准一维线性纳米材料、新一代平板显示材料和纳米电子器件材料之一。卟啉及其衍生物具有特殊的结构和性能,在光电转化、仿生学、催化材料、气体传感器、太阳能贮存、微量分析等领域有着重要的作用,人们对于卟啉及其衍生物的研究越来越活跃。卟啉修饰碳纳米管复合物由于具有独特的化学结构和优异的性能,已成为近年来新的研究热点。本论文通过化学共价功能化和非共价功能化,研究卟啉对多壁碳纳米管的修饰,旨在如何实现增大多壁碳纳米管在有机溶剂和水中的溶解性和分散性,研究反应条件和规律及结构与性能的关系;探索多壁碳纳米管修饰后的独特性能,为合成新型功能化碳纳米管材料积累经验。本论文合成了5-（2-羟基苯基）-10,15,20-三苯基卟啉、meso-四（4-磺酸钠苯基）卟啉及其金属配合物。用核磁共振氢谱、红外光谱和紫外光谱对其化学结构进行了表征和确认。通过5-（2-羟基苯基）-10,15,20-三苯基卟啉、meso-四（4-磺酸钠苯基）卟啉及其金属配合物与酰氯化的多壁碳纳米管反应,以形成酯和酸酐的形式来化学共价修饰多壁碳纳米管,得到了化学共价修饰的卟啉-碳纳米管复合物;通过卟啉与碳纳米管的π-π堆积效应,得到了非共价修饰的卟啉-碳纳米管复合物。利用红外光谱对复合物进行了结构表征;通过荧光光谱、紫外光谱等技术对其进行了性能测试;通过透射电镜（TEM）观察了Mn-TSPP化学共价与非共价修饰多壁碳纳米管复合物的形貌;并对Mn-TSPP修饰多壁碳纳米管复合物在二次纯净水中的分散性和溶解性进行研究。结果表明:修饰后的卟啉键连在多壁碳纳米管上,而卟啉分子在碳纳米管上的修饰使得多壁碳纳米管的溶解性增强;并且其在可见光区的荧光猝灭率高达80%以上,这种高效的电子传输在开发太阳能电池上可能有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 碳纳米管简介
• 1.2 碳纳米管的制备
• 1.2.1 直流电弧放电沉积法
• 1.2.2 化学气相沉积法
• 1.2.3 激光蒸发沉积法
• 1.3 碳纳米管的修饰
• 1.3.1 化学共价修饰碳纳米管
• 1.3.2 化学非共价修饰碳纳米管
• 1.4 卟啉的合成研究进展
• 1.5 卟啉金属配合物的合成方法
• 1.6 卟啉修饰碳纳米管的研究进展
• 1.6.1 卟啉化学共价修饰碳纳米管
• 1.6.2 卟啉化学非共价修饰碳纳米管
• 1.7 卟啉-碳纳米管应用前景
• 1.8 本论文的选题依据及研究内容
• 1.8.1 选题依据
• 1.8.2 研究内容
• 第2章 卟啉及其金属配合物的合成
• 2.1 仪器与试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 o-HPTPP 及其金属配合物的合成及结构表征
• 2.2.1 o-HPTPP 及其金属配合物的合成路线
• 2.2.2 o-HPTPP 的合成
• 2.2.3 o-HPTPP 金属配合物的合成
• 2.2.4 o-HPTPP 及其金属配合物的结构表征结果
• 2.3 TSPP 及其金属配合物的合成及结构表征
• 2.3.1 TSPP 及其金属配合物的合成路线
• 2.3.2 TSPP 的合成
• 2.3.3 TSPP 金属配合物（TSPP-M）的合成
• 2.3.4 TSPP 及其金属配合物的结构表征结果
• 第3章 卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管
• 3.1 多壁碳纳米管的活化
• 3.2 卟啉及其金属配合物共价修饰多壁碳纳米管
• 3.2.1 o-HPTPP 及其金属配合物共价修饰碳多壁纳米管
• 3.2.2 TSPP 及其金属配合物共价修饰多壁碳纳米管
• 3.3 卟啉及其金属配合物非共价修饰多壁碳纳米管
• 3.3.1 o-HPTPP 及其金属配合物非共价修饰多壁碳纳米管
• 3.3.2 TSPP 及其金属配合物非共价修饰多壁碳纳米管
• 3.4 卟啉-碳纳米管复合物的结构表征结果
• 3.4.1 o-HPTPP 及其金属配合物修饰碳纳米管复合物的表征结果
• 3.4.2 TSPP 及其金属配合物修饰碳纳米管复合物的表征结果
• 第4章 结果与讨论
• 4.1 卟啉及其金属配合物的结构表征
• 4.1.1 紫外光谱分析
• 4.1.2 红外光谱分析
• 4.1.3 核磁共振氢谱分析
• 4.1.4 小结
• 4.2 卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的结构表征
• 4.3 卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的性能研究
• 4.3.1 紫外光谱分析
• 4.3.2 荧光光谱分析
• 4.4 卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的其他性质
• 4.4.1 溶解性
• 4.4.2 形貌特征
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间公开发表论文