功能化碳納米管復(fù)合物的構(gòu)筑、表征與性質(zhì)研究.pdf

1、碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）由于其特殊的結(jié)構(gòu)以及力學(xué)、光學(xué)和電學(xué)性能，近年來引起了人們的廣泛關(guān)注。通過碳納米管與有機分子的功能復(fù)合與性能互補，能夠有效的彌補碳納米管自身性質(zhì)的不足，并制備出性能更為優(yōu)異的復(fù)合納米材料。本論文利用卟啉（porphyrin）和環(huán)糊精（cyclodextrin）對碳納米管進行化學(xué)修飾，合成了多種結(jié)構(gòu)新穎的功能化碳納米管復(fù)合物，并對其進行了結(jié)構(gòu)表征，探討了復(fù)合物構(gòu)型與構(gòu)象對其性質(zhì)的影響，

2、研究了復(fù)合物的非線性光學(xué)、光伏性能與藥物結(jié)合能力。主要研究內(nèi)容如下：
　　 設(shè)計合成了一種結(jié)構(gòu)新穎的單壁碳納米管-卟啉共價直聯(lián)復(fù)合物。通過拉曼光譜、紅外光譜、電子吸收光譜等譜學(xué)手段、對照實驗以及顯微成像技術(shù)對復(fù)合物進行了全面表征，確認了二者的連接模式，為有機分子對碳納米管的化學(xué)修飾提供了一種簡便有效的途徑；通過熒光光譜觀察到復(fù)合物中碳納米管對卟啉熒光的強烈猝滅作用，猝滅機理研究表明其主要源自激發(fā)態(tài)卟啉與碳納米管之間的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)

3、移過程。
　　 首次報道了碳納米管-卟啉復(fù)合物的非線性光學(xué)性質(zhì)。通過卟啉的反飽和吸收與碳納米管的非線性散射兩種非線性機制的結(jié)合，以及復(fù)合物中卟啉與碳納米管之間的電子轉(zhuǎn)移過程提高了復(fù)合物的光學(xué)非線性性能；實驗結(jié)果表明該復(fù)合物的光限幅性質(zhì)優(yōu)于母體卟啉、碳納米管和C60，展示了其在非線性光學(xué)領(lǐng)域的良好應(yīng)用前景。
　　 為了探討復(fù)合物結(jié)構(gòu)與構(gòu)象對其性質(zhì)的影響，設(shè)計合成了單壁碳納米管-卟啉烷基鏈連接復(fù)合物與多壁碳納米管-卟啉直聯(lián)復(fù)

4、合物。前者通過柔性烷基鏈連接橋的引入，造成了親脂性長鏈對碳納米管的纏繞和卟啉分子對其表面的覆蓋，削弱了碳納米管束間的范德華力，剝離了管束，使該復(fù)合物在有機溶劑中能夠較好的進行分散；使用穩(wěn)態(tài)熒光光譜、時間分辨熒光光譜和納秒激光閃光光解技術(shù)研究了不同結(jié)構(gòu)的兩種單壁碳納米管-卟啉復(fù)合物的激發(fā)態(tài)衰減過程，發(fā)現(xiàn)以柔性烷基長鏈連接碳納米管和卟啉的復(fù)合物較二者的直聯(lián)體系有著更多的復(fù)合物間猝滅過程；通過拉曼光譜和電子吸收光譜對合成的系列多壁碳納米管-卟

5、啉復(fù)合物的研究發(fā)現(xiàn)了底物碳納米管的管徑對功能化修飾反應(yīng)進行程度的影響，隨著碳納米管直徑的增大，其反應(yīng)活性降低，生成復(fù)合物中卟啉的含量依次下降。
　　 在碳納米管-卟啉非共價復(fù)合物方面，研究了溶液中不同碳納米管對自由卟啉和金屬卟啉的吸附作用，結(jié)果表明碳納米管對卟啉的吸附能力隨納米管直徑的增大而減小，自由卟啉的吸附能力大于金屬卟啉；其次，合成了水溶性單壁碳納米管與水溶性卟啉，利用電子吸收光譜與熒光光譜滴定實驗證實了碳納米管-卟啉非共

6、價復(fù)合物的生成，在此基礎(chǔ)上利用靜電自組裝成膜技術(shù)制備了相應(yīng)光伏器件，測試結(jié)果表明該復(fù)合物體系具備將光能轉(zhuǎn)化為電能的能力，在AM1.5條件下，開路電壓為336 mV，短路電流密度為23.7μA㎝-2。
　　 在碳納米管-環(huán)糊精復(fù)合物的研究中，利用羧基功能化的碳納米管通過縮合反應(yīng)分別合成了以酯鍵和酰胺鍵共價連接二者的復(fù)合物，討論了產(chǎn)物的表征結(jié)果。通過“click”反應(yīng)，將環(huán)糊精連接到碳納米管側(cè)壁，首次合成了共價連接的單壁碳納米管-環(huán)