以苯胺低聚體為模型的多尺度納米材料自組裝機理研究.pdf

1、以苯胺低聚體為模型的多尺度納米材料自組裝機理研究以苯胺低聚體為模型的多尺度納米材料自組裝機理研究Directionalassemblyofhierarchicalstructures:Anilineoligomersasthemodelprecurss一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：趙彥釵指導(dǎo)教師：王紀(jì)孝研究員天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年六月摘要與大塊材料相比，納米材料及其組裝產(chǎn)物往往表現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性能，由此可拓展

2、材料的研究及應(yīng)用空間。因此，設(shè)計、制備、組裝納米結(jié)構(gòu)材料以及研究他們的性能引起了人們廣泛的興趣。本文以苯胺低聚體為模型前驅(qū)體，研究納米材料的組裝、制備與性能。主要工作包括：(1)苯胺低聚體的合成與分子結(jié)構(gòu)測定；(2)借助分子模擬軟件MaterialStudio對苯胺低聚體復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行解析；(3)苯胺低聚體自組裝機理的探究；(4)苯胺低聚體產(chǎn)物超疏水性研究及其他可能的潛在應(yīng)用分析?？疾炝酥苽錀l件(如聚合時間、溫度、溶劑組成、酸度和氧化劑濃

3、度等)對苯胺低聚體形貌的影響，獲得了形貌眾多的苯胺低聚體產(chǎn)物。使用掃描電子顯微鏡(SEM)，基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDITOFMS)，氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析(GCMS)，元素分析，X射線衍射分析(XRD)，紫外可見光譜(UVvisSpectra)以及傅立葉變換紅外(FTIR)等方法對其中典型的苯胺低聚體進行了深入的分析。以此為基礎(chǔ)，提出了苯胺低聚體分子可能的分子結(jié)構(gòu)，為分析分子間的相互作用力提供基礎(chǔ)。采用化學(xué)氧化法，以過硫

4、酸銨作為氧化劑，使苯胺在含有正丙醇的水溶液中進行氧化，通過控制反應(yīng)條件，首次制得了苯胺低聚體超長納米纖維。掃描電子顯微鏡(SEM)，基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDITOFMS)，氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析(GCMS)，元素分析，X射線衍射分析(XRD)，紫外可見光譜(UVvisSpectra)，傅立葉紅外光譜(FTIR)，以及核磁共振(NMR)等一系列測試表明，所得超長納米纖維由全還原態(tài)的線性苯胺四聚體構(gòu)成。利用分子模擬軟件Mat

5、erialStudio對苯胺四聚體超長納米纖維的結(jié)構(gòu)進行了模擬，探索新的揭示小分子自組裝機理的途徑。以含有醌亞胺結(jié)構(gòu)單元的苯胺三聚體為例研究苯胺低聚體規(guī)整多尺度材料自組裝過程，提出定向生長理論。假設(shè)苯胺低聚體分子為不對稱結(jié)構(gòu)，在多種分子間相互作用力(氫鍵，ππ堆積力等)的推動下，以不同的方式自組裝成高度有序的納米結(jié)構(gòu)。由于苯胺低聚體分子與環(huán)境分子間相互作用力(靜電力，疏水作用力等)的影響，苯胺低聚體分子在納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可進一步自組裝形