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卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的研究

2020-12-02阅读(706)

卟啉及其金属配合物修饰多壁碳纳米管的研究

论文摘要

自从碳纳米管（CNTs）被发现以来,由于其具有独特的结构、奇特的电学性能、很好的柔韧性,以及良好的化学稳定性、热稳定性及吸附特性,使得它在电学、机械学和化学领域具有持续广泛的应用前景,通过一定的化学反应对其进行化学改性和修饰已成为新的研究热点。卟啉类化合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,卟啉化合物研究越来越活跃。本文采用了新的方法合成了四（4-酰肼基苯基）卟啉及其金属配合物;还合成了5-（4-氨基苯基）-10,15,20,-三苯基卟啉、四（4-氨基苯基）卟啉及其金属配合物。用1H NMR、红外光谱、紫外光谱对其结构进行了表征和确证;用荧光光谱、紫外光谱对其性能进行了研究。本文重点研究了卟啉对碳纳米管的修饰,通过氨基卟啉和酰肼卟啉及其相应的金属配合物与氧化后的碳纳米管反应,通过酰胺键共价修饰碳纳米管,得到共价修饰的卟啉-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。利用傅立叶红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）、荧光光谱、紫外光谱等技术对卟啉-碳纳米管复合物的结构和性能进行了充分的表征。结果表明,修饰后的卟啉键连在碳纳米管上,而卟啉分子在碳纳米管上的修饰使得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%-95%,这种高效的电子传输在开发太阳能电池上有潜在的应用价值。旨在探索卟啉与多壁碳纳米（MWNTs）复合的新途径,研究反应条件和规律及结构与性能的关系;探索多壁碳纳米管表面修饰后的独特性能,为合成新型功能化碳纳米管材料积累经验。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 文献综述
  • 1.1 碳纳米管概述
  • 1.2 碳纳米管的制备
  • 1.2.1 电弧放电法
  • 1.2.2 气相催化热解法
  • 1.2.3 激光蒸发法
  • 1.3 碳纳米管的修饰
  • 1.3.1 共价修饰
  • 1.3.2 非共价修饰
  • 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 卟啉共价修饰碳纳米管
  • 1.6.2 卟啉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 仪器
  • 2.1.2 试剂
  • 2.2 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉（p-APTPP）及其金属配合物的合成
  • 2.2.1 p-APTPP的合成路线
  • 2.2.2 p-APTPP的合成
  • 2.2.3 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉金属配合物[M（Ⅱ）p-APTPP]的合成
  • 2.3 四（4－氨基苯基） （TAPP）卟啉及其金属配合物的合成
  • 2.3.1 TAPP的合成路线
  • 2.3.2 TAPP的合成
  • 2.3.3 四（4－氨基苯基）卟啉金属配合物[M（Ⅱ）TAPP]的合成
  • 2.4 四（4－酰肼基苯基）卟啉（THPP）及其金属配合物的合成
  • 2.4.1 THPP 及其金属配合物的合成路线
  • 2.4.2 对醛基苯甲酸乙酯的合成
  • 2.4.3 四（4-甲酸乙酯基苯基）卟啉的合成
  • 2.4.4 四（4-酰肼基苯基）卟啉的合成
  • 2.4.5 四（4-酰肼基苯基）卟啉金属配合物[M（Ⅱ）THPP]的合成
  • 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
  • 3.1.1 多壁碳纳米管的羧化
  • 3.1.2 羧化多壁碳纳米管的氯化（MWNT-COCl）
  • 3.2 卟啉及其金属配合物共价修饰多壁碳纳米管
  • 3.2.1 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其金属配合物共价修饰多壁碳纳米管
  • 3.2.2 四（4－氨基苯基）卟啉及其金属配合物共价修饰多壁碳纳米管
  • 3.2.3 四（4－酰肼基苯基）卟啉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碳纳米管
  • 3.3.1 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其金属配合物非共价修饰多壁碳纳米管
  • 3.3.2 其他卟啉及其金属配合物非共价修饰多壁碳纳米管
  • 3.4 卟啉及其金属配合物、碳纳米管复合物的结构表征结果
  • 3.4.1 p-APTPP及其金属配合物、碳纳米管复合物的表征结果
  • 3.4.2 TAPP及其金属配合物、碳纳米管复合物的表征结果
  • 3.4.3 THPP及其金属配合物、碳纳米管复合物的表征结果
  • 第4 章 结果与讨论
  • 4.1 红外光谱分析
  • 4.1.1 多壁碳纳米管羧化前后的红外光谱分析
  • 4.1.2 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其金属配合物、碳纳米管复合物红外光谱分析
  • 4.1.3 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其锌卟啉共价、非共价修饰碳纳米管的红外光谱分析比较
  • 4.1.4 四（4－氨基苯基）卟啉及其金属配合物碳纳米管复合物的红外光谱分析
  • 4.1.5 四（4－酰肼基苯基）卟啉及其金属配合物碳纳米管复合物的红外光谱分析
  • 4.1.6 小结
  • 4.2 紫外光谱分析
  • 4.2.1 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其铜配合物合物修饰多壁碳纳米管的紫外光谱分析
  • 4.2.2 四（4－氨基苯基）卟啉及其金属配合物的修饰多壁碳纳米管的紫外光谱分析
  • 4.2.3 四（4－酰肼基苯基）卟啉及其金属配合物及其修饰多壁碳纳米管的紫外光谱分析
  • 4.2.4 小结
  • 4.3 荧光光谱分析
  • 4.3.1 5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉及其铜配合物修饰碳纳米管的荧光光谱分析
  • 4.3.2 四（4－氨基苯基）卟啉及其金属配合物修饰碳纳米管的荧光光谱分析
  • 4.3.3 四（4－酰肼基苯基）卟啉及其金属配合物修饰碳纳米管的荧光光谱分析
  • 4.3.4 小结
  • 4.4 核磁共振氢谱分析
  • 4.4.1 p-APTPP及其金属配合物的氢谱分析
  • 4.4.2 TAPP及其金属配合物的氢谱分析
  • 4.4.3 THPP及其金属配合物的氢谱分析
  • 4.4.4 小结
  • 4.5 卟啉及其金属配合物的碳纳米管复合物其他性质
  • 4.5.1 溶解性能
  • 4.5.2 形貌特征
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间公开发表论文

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