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基于三苯基苯的小分子有机凝胶剂的自组装与光物理性质研究

Oudjaniyobi Simalou  
【摘要】: 小分子有机凝胶在分离、催化、模板合成、陶瓷、药物控制释放等领域有潜在的应用价值,成为目前材料科学和超分子化学研究的热点。特别地,由于π-共轭有机凝胶体系在传感、光捕获、纳米光电子学等方面表现出诱人的应用潜力,得到了人们广泛关注。 本论文中,合成了几类基于三苯基苯的小分子凝胶剂,研究了分子的自组装和光物理性质,制备了具有热致变色和荧光可调性能的凝胶体系。主要研究成果如下: 1)通过分子间氢键作用合成了基于1,3,5-三(4-酰氨基丁酸)三苯基苯和4-(4-烷氧基苯甲酸基)-4’-苯乙烯吡啶衍生物的双组份小分子有机凝胶剂,它们能在醇类溶剂中形成凝胶,SEM照片表明含有不同长度碳链的凝胶剂分子可组装成扭曲纳米棒、纳米带或者片状结构。XRD、FT-IR和1H NMR研究结果表明氢键、л-л相互作用以及范德华力是形成凝胶的驱动力,分子在凝胶相中堆积成柱状结构。上述基于氢键的凝胶剂分子之所以能在质子性溶剂中形成稳定的凝胶是由于三苯基苯之间的л-л相互作用为分子间氢键提供了合适的空间,有助于分子在非共价键的协同作用下使醇类溶剂凝胶化。 2)将1,3,5-三(4-十二烷氧基苯甲酰氨基)苯基苯(DBAPB)作为能量给体,N,N’-二(十八烷基)-二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(C18PTCDI)作为能量受体构筑了颜色和荧光可调的复合凝胶。SEM和XRD光谱研究表明,在复合凝胶相中DBAPB的堆积与其在单组份凝胶相中的堆积模式类似。变温紫外和荧光光谱表明复合凝胶颜色和发光可以通过改变受体的浓度、凝胶化时间以及温度进行调控,如:当C18PTCDI的含量小于1.0 mol %时,C18PTCDI以单分子态存在,凝胶显示黄色,发射较强的黄绿色荧光。当C18PTCDI的浓度在2-10 mol%之间时,新形成的凝胶为黄色,发射黄绿色荧光,但是,当凝胶陈化一段时间后,体系变成红色,观察微弱的红色荧光,原因在于:新形成的凝胶中受体仍以单分子态存在,当陈化一段时间后,受体分子之间逐渐聚集。研究表明在复合凝胶中发生了光致能量转移。 3)合成了一系列的具有C3对称的强荧光分子氰基-苯乙烯基取代的三苯基苯衍生物CN-DBAPPBn (n = 1, 2, 3),并发现具有三个烷基链的CN-DBAPPB3能使某些溶剂发生凝胶化。SEM、荧光显微镜测试表明,CN-DBAPPB3在苯甲醛凝胶相中形成了扭曲的螺旋纳米线,在1,4-二氧六环凝胶相中分子自组装形成了纳米棒。XRD测试表明,在苯甲醛凝胶相中分子堆积成层状结构,而在1,4-二氧六环中分子堆积成柱状结构。另外,通过简单的再沉淀方法在THF和水的混合体系中制备了基于CN-DBAPPBn衍生物的强荧光的有机纳米离子。


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