本文關(guān)鍵詞：內(nèi)嵌原子簇富勒烯的制備,結(jié)構(gòu)表征及化學(xué)反應(yīng)性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：內(nèi)嵌原子簇富勒烯的獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)以及相對(duì)較高的穩(wěn)定性和產(chǎn)率使其成為當(dāng)前富勒烯材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并在生物醫(yī)學(xué)、能源、超導(dǎo)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。迄今為止,研究者已報(bào)道了金屬氮化物,碳化物,氧化物,碳?xì)浠衔?氰化物以及硫化物原子簇富勒烯。其中,內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯家族呈現(xiàn)了較為多樣化的內(nèi)嵌氧化物原子簇結(jié)構(gòu),然而已報(bào)道的碳籠的結(jié)構(gòu)卻非常有限。因此需要進(jìn)一步探索具有不同碳籠結(jié)構(gòu)的內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的制備。在內(nèi)嵌原子簇富勒烯化學(xué)反應(yīng)性的研究中,內(nèi)嵌原子簇和外接碳籠之間的相互作用以及這種相互作用對(duì)化學(xué)反應(yīng)性的影響是內(nèi)嵌富勒烯化學(xué)反應(yīng)的研究重點(diǎn)。內(nèi)嵌富勒烯化學(xué)反應(yīng)研究的一個(gè)重要內(nèi)容是其水溶性衍生物的合成研究,因此,探索水溶性內(nèi)嵌富勒烯及其反應(yīng)中間體的制備也成為內(nèi)嵌富勒烯反應(yīng)研究的重要內(nèi)容。本論文的具體內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:1.分別選擇C2H5OH,H2O和CO2作為反應(yīng)氣氛中的氧源,探索內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的制備方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CO2為這一反應(yīng)的最佳氧源。進(jìn)一步對(duì)該反應(yīng)的合成條件進(jìn)行了優(yōu)化,通過電弧放電法合成了一系列未見報(bào)道的內(nèi)嵌雙金屬氧化物原子簇富勒烯Sc2O@C2n(n=35-41)。反應(yīng)得到的富勒烯混合物經(jīng)分離純化,得到了一個(gè)新的內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯Sc2O@Td(19151)-C76。對(duì)其進(jìn)行了質(zhì)譜,單晶X射線衍射,45Sc核磁共振,紫外可見近紅外吸收光譜,電化學(xué)性質(zhì)以及理論計(jì)算的研究。Sc2O@Td(19151)-C76是首次用單晶X射線衍射的方法表征的具四面體構(gòu)型的富勒烯和具有高對(duì)稱性Td-C76碳籠的內(nèi)嵌原子簇富勒烯。Sc2O@Td(19151)-C76與Sc2O@Cs(6)-C82的單晶結(jié)構(gòu)解析及理論計(jì)算的對(duì)比結(jié)果顯示,Sc2O在Td(19151)-C76中的鍵角相比在Sc2O@Cs(6)-C82中明顯減小,其原子簇的運(yùn)動(dòng)也比在Cs(6)-C82中受到了更大的限制。該研究結(jié)果表明碳籠的大小對(duì)內(nèi)嵌原子簇在IPR碳籠內(nèi)的空間構(gòu)型及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有重要的影響。2.通過Lu3N@C80與6,7-二甲氧基苯并二氫吡喃的Diels-Alder反應(yīng),得到了該反應(yīng)生成的兩種單加成產(chǎn)物A,B以及一種單加成產(chǎn)物的氧化物C和二加成產(chǎn)物。通過HPLC分離純化得到了純度較高的單加成產(chǎn)物A,B以及氧化物C。對(duì)A,B,C進(jìn)行了質(zhì)譜,紫外可見近紅外吸收光譜以及電化學(xué)性質(zhì)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Lu3N@C80的該反應(yīng)生成了兩種具有不同加成位點(diǎn)的單加成產(chǎn)物及二加成產(chǎn)物,而此前報(bào)道的Sc3N@C80通過該Diels-Alder反應(yīng)只生成了一種[5,6]單加成產(chǎn)物。這表明在該反應(yīng)中,相比Sc3N@C80,Lu3N@C80具有更高的反應(yīng)活性。該研究結(jié)果顯示了內(nèi)嵌原子簇的大小對(duì)內(nèi)嵌原子簇富勒烯的化學(xué)反應(yīng)性的重要影響。3.報(bào)道了一種內(nèi)嵌原子簇富勒烯的氧化物L(fēng)u3N@C80O的合成。據(jù)我們所知,Lu3N@C80O是首個(gè)報(bào)道的內(nèi)嵌原子簇富勒烯的氧化物。對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了光化學(xué)反應(yīng)法和熱力學(xué)反應(yīng)法的研究并對(duì)Lu3N@C80O進(jìn)行了質(zhì)譜,紫外可見近紅外吸收光譜,紅外光譜及電化學(xué)性質(zhì)的研究。紅外光譜顯示,氧原子可能橋接于碳籠上。紫外可見近紅外吸收光譜和電化學(xué)研究結(jié)果表明,單個(gè)氧原子的引入對(duì)其紫外可見近紅外吸收光譜影響較小但其電化學(xué)行為發(fā)生了顯著變化。
【關(guān)鍵詞】：富勒烯 內(nèi)嵌原子簇富勒烯 結(jié)構(gòu)表征 化學(xué)反應(yīng)性
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要4-6
• 英文摘要6-12
• 第一章 緒論12-44
• 1.1 引言12-13
• 1.2 內(nèi)嵌金屬富勒烯的分類13-23
• 1.2.1 經(jīng)典的內(nèi)嵌金屬富勒烯14-17
• 1.2.1.1 單金屬富勒烯14-15
• 1.2.1.2 雙金屬富勒烯15-16
• 1.2.1.3 三金屬富勒烯16-17
• 1.2.2 內(nèi)嵌原子簇富勒烯17-23
• 1.2.2.1 內(nèi)嵌金屬氮化物原子簇富勒烯17-18
• 1.2.2.2 內(nèi)嵌金屬氰化物原子簇富勒烯18-19
• 1.2.2.3 內(nèi)嵌金屬碳化物原子簇富勒烯19-20
• 1.2.2.4 內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯20-21
• 1.2.2.5 內(nèi)嵌金屬碳?xì)浠衔镌哟馗焕障?/span>21-22
• 1.2.2.6 內(nèi)嵌金屬硫化物原子簇富勒烯22-23
• 1.3 內(nèi)嵌金屬富勒烯的籠外化學(xué)修飾23-31
• 1.3.1 內(nèi)嵌金屬富勒烯的硅烷化反應(yīng)23-24
• 1.3.2 內(nèi)嵌金屬富勒烯的卡賓反應(yīng)24-25
• 1.3.3 內(nèi)嵌金屬富勒烯的自由基加成反應(yīng)25-26
• 1.3.4 內(nèi)嵌金屬富勒烯的Diels-Alder加成反應(yīng)26-28
• 1.3.5 內(nèi)嵌金屬富勒烯的 1,3-偶極子加成反應(yīng)28-29
• 1.3.6 內(nèi)嵌金屬富勒烯的Bingel-Hirsch反應(yīng)29-31
• 1.4 內(nèi)嵌金屬富勒烯的應(yīng)用31-33
• 1.4.1 內(nèi)嵌金屬富勒烯在光電器件方面的應(yīng)用31-32
• 1.4.2 內(nèi)嵌金屬富勒烯在電子學(xué)方面的應(yīng)用32
• 1.4.3 內(nèi)嵌金屬富勒烯在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用32-33
• 1.5 論文的研究內(nèi)容與意義33-36
• 參考文獻(xiàn)36-44
• 第二章 實(shí)驗(yàn)藥品與材料表征方法44-52
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備44-45
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑45-46
• 2.3 實(shí)驗(yàn)中常用的測(cè)試手段46-51
• 2.3.1 高效液相色譜分析（HPLC）46-47
• 2.3.2 基質(zhì)輔助激光解析飛行時(shí)間質(zhì)譜（MALDI-TOF MS）47
• 2.3.3 紫外可見近紅外吸收光譜（UV-Vis-NIR）47-48
• 2.3.4 循環(huán)伏安法（CV）48-49
• 2.3.5 單晶X射線衍射（XRD）49-51
• 參考文獻(xiàn)51-52
• 第三章 內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的制備與Sc2O@C76 的分離及表征52-78
• 3.1 引言52-53
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程53-61
• 3.2.1 內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的制備53-58
• 3.2.1.1 制備陽極石墨棒53
• 3.2.1.2 煅燒陽極石墨棒53-54
• 3.2.1.3 電弧放電法合成內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯54-58
• 3.2.1.3.1 乙醇做氧源制備內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯55-56
• 3.2.1.3.2 水做氧源制備內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯56-57
• 3.2.1.3.3 二氧化碳做氧源制備內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯57-58
• 3.2.2 內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的提取58-59
• 3.2.3 內(nèi)嵌金屬氧化物原子簇富勒烯的分離59-61
• 3.3 結(jié)果與討論61-73
• 3.3.1 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的單晶X射線衍射結(jié)果61-63
• 3.3.2 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的理論計(jì)算63-67
• 3.3.3 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的紫外可見近紅外吸收光譜及45Sc NMR67-70
• 3.3.4 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的電化學(xué)性質(zhì)的研究70-71
• 3.3.5 外接碳籠對(duì)內(nèi)嵌氧化物原子簇的影響71-73
• 3.4 本章小結(jié)73-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 第四章 內(nèi)嵌原子簇富勒烯化學(xué)反應(yīng)性的研究78-91
• 4.1 引言78-79
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分79-86
• 4.2.1 Lu_3N@C_(80) 單加成產(chǎn)物的合成，分離及質(zhì)譜表征79-82
• 4.2.2 Lu_3N@C_(80) 單加成產(chǎn)物的氧化物的合成，分離及質(zhì)譜表征82-84
• 4.2.3 Lu_3N@C_(80) 的二加成產(chǎn)物的合成及質(zhì)譜表征84-86
• 4.3 結(jié)果與討論86-89
• 4.3.1 Lu_3N@C_(80) 單加成產(chǎn)物及其氧化物的紫外可見近紅外吸收光譜86-87
• 4.3.2 Lu_3N@C_(80) 單加成產(chǎn)物及其氧化物的電化學(xué)性質(zhì)的研究87-89
• 4.4 本章小結(jié)89-90
• 參考文獻(xiàn)90-91
• 第五章 內(nèi)嵌原子簇富勒烯氧化物L(fēng)u_3N@C_(80)O的制備及表征91-100
• 5.1 引言91-92
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分92-95
• 5.2.1 Lu_3N@C_(80)O的光化學(xué)合成92-93
• 5.2.2 Lu_3N@C_(80)O的熱力學(xué)合成93-95
• 5.3 結(jié)果與討論95-97
• 5.3.1 Lu_3N@C_(80)O的紫外可見近紅外吸收光譜95
• 5.3.2 Lu_3N@C_(80)O的紅外光譜95-96
• 5.3.3 Lu_3N@C_(80)O的電化學(xué)性質(zhì)的研究96-97
• 5.4 本章小結(jié)97-99
• 參考文獻(xiàn)99-100
• 第六章 結(jié)論與展望100-103
• 6.1 結(jié)論100-102
• 6.2 展望102-103
• 攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文103-104
• 致謝104-105

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