本文關(guān)鍵詞：聯(lián)酰胺衍生物凝膠性以及氟離子比色傳感的結(jié)構(gòu)可調(diào)性研究

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【摘要】：有機小分子凝膠(LMOG)是一種凝膠因子和溶劑共存,基于氫鍵、π-π相互作用等非共價鍵弱相互作用組成聚集體,構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而形成的擁有熱可逆特性、對外部條件變化敏感的自組裝軟材料。通過在凝膠因子中摻雜、改變所選溶劑和冷卻方式等制備條件可以調(diào)控凝膠性能。由于有機凝膠因子容易被修飾,因此可以在分子上增添各類官能團,得到對分子和離子、光、超聲、電磁場、機械力等外界的化學(xué)或物理刺激產(chǎn)生響應(yīng)的智能有機凝膠,這類材料有很大的潛在應(yīng)用價值,是近年來研究的熱點。本論文選取一個凝膠因子,在凝膠生長過程中引入過冷度和超聲刺激,對其聚集體結(jié)構(gòu)、自組裝驅(qū)動力和力學(xué)性能進行了研究;此外還選取了兩組結(jié)構(gòu)不同的聯(lián)酰胺衍生物,對其陰離子比色傳感行為進行縱向比較,以探究結(jié)構(gòu)調(diào)控對聯(lián)酰胺衍生物氟離子比色傳感性能的影響規(guī)律與方式。1、研究濃度、過冷度和超聲刺激等對聯(lián)酰胺衍生物R8-NO2在乙醇中形成凝膠的影響規(guī)律,獲得凝膠形成機理。我們利用光學(xué)顯微鏡、TEM和SEM觀察了不同濃度的有機凝膠因子R8-NO2在乙醇(Et OH)溶劑中的溶液和凝膠的形貌,通過對XRD和FT-IR結(jié)果的進一步研究,我們認為R8-NO2在Et OH溶劑中形成凝膠的可能機理如下:在稀溶液中,由于凝膠因子R8-NO2是兩親性分子,凝膠因子的分子間氫鍵相互作用較弱,分子形成球狀聚集體;R8-NO2在Et OH溶劑中形成的凝膠具有纖維和球共存的形貌,而纖維分兩種過程形成,一種是由凝膠因子直接聚集形成纖維,另一種是由凝膠因子先形成球狀聚集體,再聚集形成纖維。通過分析R8-NO2在-5℃條件下形成凝膠的SEM、XRD、FT-IR和流變儀的測試結(jié)果,與室溫下形成凝膠的結(jié)果相對比,發(fā)現(xiàn)較大過冷度使凝膠中纖維和連接在一起的球狀聚集體數(shù)量增多,而其力學(xué)性能沒有變化,凝膠的分子間作用也沒有改變。我們認為是增大過冷度導(dǎo)致凝膠中纖維以及連接在一起的球狀聚集體增多,這一結(jié)果進一步論證了我們提出的R8-NO2在Et OH中凝膠的形成過程。研究了超聲處理對R8-NO2在Et OH中形成凝膠性能的影響,通過SEM和流變儀的測試發(fā)現(xiàn),超聲處理后的凝膠形貌顯著改變,其彈性形變和粘性形變等力學(xué)性能大幅提升;XRD的測試結(jié)果與溶液中的結(jié)果類似。綜合實驗結(jié)果,我們認為超聲刺激增加了球聚集體接觸的機會,從而促進了纖維的形成。2、末端取代基對聯(lián)酰胺衍生物N6、B6和M6的陰離子比色傳感性能的影響我們分別研究了末端取代基分別為硝基的N6、末端為苯環(huán)的B6和甲基取代的M6三個聯(lián)酰胺衍生物在DMSO溶液中的陰離子響應(yīng)行為。發(fā)現(xiàn)僅F-可以使B6和M6的溶液由無色迅速變?yōu)榈S色,實現(xiàn)對F-的肉眼可見、快速、單一響應(yīng)的比色傳感,而末端取代基為硝基的N6則能對F-、Ac O-和H2PO4-發(fā)生響應(yīng),顏色均由無色變?yōu)榘导t色。利用紫外-可見吸收光譜(UV-vis)和核磁共振氫譜(1H NMR)的陰離子滴定實驗,對響應(yīng)過程進行表征,其結(jié)果證明,F-與NH的相互作用使分子發(fā)生去質(zhì)子化,脫去的質(zhì)子與F-形成穩(wěn)定的[HF2]-二聚體,導(dǎo)致分子內(nèi)發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng),使分子的電子排布發(fā)生變化,最終導(dǎo)致溶液顏色變化。通過對數(shù)據(jù)的分析及文獻調(diào)研,我們得出結(jié)論,認為末端取代基通過電子效應(yīng)改變了主體分子的酸性,導(dǎo)致樣品呈現(xiàn)不同的陰離子響應(yīng)性能。3、聯(lián)酰胺基團的數(shù)量對TC6和C10的陰離子比色傳感性能的影響我們研究了含有兩個聯(lián)酰胺基團的智能響應(yīng)有機小分子凝膠TC6以及含一個聯(lián)酰胺基團的聯(lián)酰胺衍生物C10的陰離子響應(yīng)行為。發(fā)現(xiàn)引入F-可以使TC6在1,2-二氯乙烷中形成的乳白色凝膠坍塌形成亮黃色溶液,并通過熒光發(fā)射光譜測試發(fā)現(xiàn)該凝膠原有的聚集誘導(dǎo)熒光增強效應(yīng)隨著氟離子響應(yīng)的發(fā)生逐漸減弱。加入Ac O-則只能溶解其凝膠的小部分。而C10的溶液則具有對F-進行單一快速響應(yīng)的能力。也就是說含兩個聯(lián)酰胺基團的分子的氟離子選擇性要比含單個聯(lián)酰胺基團的分子差。UV-vis和1H NMR的測試結(jié)果表明,TC6和C10的陰離子響應(yīng)機制與N6等的機制相同。通過一系列的對比分析,我們得出聯(lián)酰胺基團數(shù)量增多會增強分子共軛最終降低其對氟離子響應(yīng)的選擇性。我們所取得的結(jié)構(gòu)調(diào)控的聯(lián)酰胺衍生物比色傳感性能的研究結(jié)果能夠為設(shè)計、合成性質(zhì)優(yōu)良的氟離子智能響應(yīng)聯(lián)酰胺衍生物提供借鑒和參考。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O657.3;TP212

【參考文獻】

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1 黃俊;Preparation and Properties of Modified Sol-Gel Sensing Membrane for Fiber Optic Oxygen Sensor[J];Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science;2004年01期

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本文編號：1234162