有機層狀材料的膨脹、剝離及應用.pdf

1、有機二維納米材料具有許多與無機或金屬二維納米材料不同的性質(zhì)，如柔性好易裁剪、可低溫加工、無晶粒間界、電荷陷阱濃度低等，這使得有機二維納米材料在新型催化劑、能源、信息存儲、光電器件等領域表現(xiàn)出廣闊的應用前景并受到人們的廣泛關注。但是由于構成有機二維納米材料的分子間作用力多為范德華力和氫鍵作用力等，相對于金屬和無機分子之間的金屬鍵和共價鍵，這些作用力要弱得多。因此，很多用于制備金屬或無機二維納米材料的方法都無法應用于有機二維納米材料的制備。

2、迄今為止，自組裝法仍然是制備有機二維納米材料的主要方法，有關其他制備方法的報道并不多見，因此研究發(fā)展新的有機二維納米材料的制備方法、并探索其應用有著重要的理論和實踐意義。
　　 本論文設計合成了兩個不同系列的線型對苯甲酰胺低聚物分子，以它們?yōu)槟繕朔肿樱ㄟ^重結晶的方法制備出多種有機層狀材料，探索了通過剝離有機層狀材料制備有機二維納米材料的可能性，為快速大量制備有機二維納米材料提供了新的方法和思路。本論文的主要研究內(nèi)容和結論如下:

3、
　　 1、探討了從分子設計出發(fā)調(diào)控分子間作用力的可能性，利用溶液可控縮聚的方法合成出Sn和SnF兩個系列的對苯甲酰胺低聚物線型分子，采用質(zhì)譜及核磁共振對合成的目標分了進行表征解析。利用重結晶的方法得到不同對苯甲酰胺低聚物線型分子的層狀材料，采用小角X射線散射對層狀材料的聚集態(tài)結構進行了表征分析，初步嘗試用去離子水對層狀材料進行剝離。
　　 2、選取在水中分散狀態(tài)最好的S6分子，通過重結晶的方法制備出具有良好片層取向結構

4、的有機層狀材料。利用去離子水對S6層狀材料進行膨脹，同時采用小角/廣角X射線散射聯(lián)用檢測的手段來跟蹤S6層狀材料在膨脹過程中晶體結構和片層形貌的變化。結果表明，通過與S6分子端基之間的氫鍵相互作用水分子可以輕易進入S6層狀材料的片層之間，這種捅層過程并不會破壞片層的內(nèi)部晶體結構。而通過水份揮發(fā)的方法可以使水分子從膨脹的S6層狀材料片層間的空隙中逃逸，水分子的逸出同樣不會破壞片層內(nèi)部的晶體結構，從而使S6層狀材料從膨脹狀態(tài)回復到初始狀態(tài)。

5、通過控制S6層狀材料吸入的水份，可以在納米尺度范圍內(nèi)對S6層狀材料的層間距進行調(diào)控。
　　 3、通過對S6層狀材料膨脹過程的研究，證明了S6層狀材料剝離的可能性。以S6層狀材料為前驅體，通過簡單的分散實現(xiàn)了S6層狀材料在水中的剝離，成功制備出單層S6納米片。首次通過剝離的方法實現(xiàn)了有機二維納米材料的制備，使有機二維納米材料的制備擺脫了對模板的依賴，并且該剝離方法以水為溶液，剝離過程快速高效并且綠色無污染，為快速大量制備有機納米片

6、層材料提供了新的思路和途徑。
　　 4、以S6層狀材料剝離得到的納米片層為填充物，水溶性高分子聚乙烯醇(PVA)為基質(zhì)，通過簡單的水溶液混合的方法將S6納米片層均勻地分散在PVA中，經(jīng)過溶劑揮發(fā)制備出S6/PVA納米復合材料。經(jīng)過S6納米片層改性后，PVA的力學性能明顯上升，當S6納米片含量為7 wt％時，納米復合材料的拉伸強度和楊氏模量較純PVA分別提高了64％和63％。此外，S6納米片對于納米復合材料熱穩(wěn)定性的提高也有著積極