竞争配位控制刺激响应性能的多功能超分子凝胶材料的研制

摘要

超分子凝胶作为一种软材料，被广泛用于日常生活的各个领域。随着超分子凝胶的日益发展，刺激响应型超分子凝胶作为一种智能材料倍受关注。当超分子凝胶受到外界刺激如：温度、光、pH、离子或化合物、机械力等时，该凝胶能够产生相应的响应，如溶胶-凝胶转化、凝胶的颜色变化或荧光变化等。因此刺激响应型超分子凝胶具有良好的可控性和调节性。而离子刺激响应型超分子凝胶作为一类新型的传感器分子，在水体系或环境检测方面实现对某一离子的专一性响应具有重要的意义。经过多年的努力，尽管刺激响应型超分子凝胶取得了很大的发展，但是实现目标离子的高选择、高灵敏性的单一性检测以及丰富刺激响应性能的多样性，仍是离子刺激响应型超分子凝胶研究的难点。为了解决以上问题，我们引入离子竞争配位机制，通过离子调控来实现超分子凝胶对离子的单一性检测和丰富其刺激响应性能。
　　在第一部分的研究工作中，我们设计合成了一种基于超分子金属凝胶的高选择性阴离子传感器阵列。重要的是，该阴离子传感器阵列含有五个金属凝胶（CuG， FeG, HgG, CrG和ZnG）但只需设计合成一个凝胶因子G1。通过阳离子配位可以调控其聚集态荧光（AIE）和阴离子响应性能。因此，该传感器阵列可以高选择性、高灵敏性检测CN-，SCN-，S2-和I-。此外，该金属凝胶可以制成凝胶薄膜，既方便又快捷的进行可逆性的检测CN-，SCN-，S2-和I-，是一种很好的荧光可擦写显示材料。
　　第二部分研究工作中，在传统的离子刺激响应机理基础上，通过离子竞争调控机制，我们设计合成了基于“酮式-烯醇式”互变异构化响应机理的凝胶因子G3。由于α，β不饱和羰基化合物G3存在烯醇式异构体G3′，G3和G3′可以在非质子溶剂DMSO中形成分子间氢键，因此在DMSO中能形成稳定的具有聚集态荧光的超分子凝胶OG3。由于该有机凝胶OG3的形成及稳定性受到体系中两种异构体（G3和G3′）相对含量的影响，而体系中G3和G3′的含量可由离子竞争配位来调控。因此 OG3能通过荧光变化和凝胶-溶胶转化双通道荧光检测 S2-。通过Zn2+的竞争配位，使得超分子凝胶荧光打开，凝胶恢复，因此该凝胶可重复利用。基于此同样制备了凝胶薄膜。该凝胶膜是一种新型的离子响应型可擦写荧光显示材料。
　　在前面研究的基础上，在第三部分研究中，我们利用单金属，双金属，金属和非金属及金属和金属等合理的多重调控机制，设计合成了一种含有22种超分子凝胶的高选择性离子传感器阵列，但只需合成一种凝胶因子G4。该传感器阵列可以高选择性、高灵敏性检测十四中重要的离子如：CN-, F-, SCN-, Hg2+, Pb2+等。同时，基于这种方法我们获得了一系列基于超分子凝胶的荧光响应材料，它们可以作为一种很好的可擦写荧光显示材料。因此，我们既方便又快速的制得了可大量检测离子的传感器阵列，同时又制得了基于超分子凝胶的荧光可擦写显示材料。
　　紧接着，在最后一部分研究中，我们设计合成了凝胶因子G5，通过加入不同的阳离子，通过金属离子调控制得具有不同荧光强度的金属凝胶。结果表明金属凝胶FeG可以高选择性检测水溶液中H2PO4-，并且具有较高的灵敏度，可以达到1×10-6M。此外，金属凝胶FeG同样可以制成凝胶薄膜，因而该超分子金属凝胶是一种很好的H2PO4-刺激响应型荧光可擦写显示材料。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第一章 刺激响应型超分子凝胶的研究进展

1.1引言

1.2常见刺激响应型有机凝胶简介

1.3课题的提出与研究内容

第二章 单金属竞争调控的超分子凝胶型阴离子传感器阵列的研制及性能

2.1引言

2.2 实验部分

2.3结果和讨论

2.4结论

第三章 离子竞争控制“酮式-烯醇式互变异构”——一种设计刺激响应型超分子凝胶的新机理及其应用

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果和讨论

3.4凝胶材料的应用

3.5结论

第四章 基于多重竞争控制机制的超分子凝胶型离子传感器阵列的制备及性能

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果和讨论

4.4凝胶材料的应用

4.5结论

第五章 基于吩嗪衍生物的超分子凝胶及其竞争调控刺激响应性能研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果和讨论

5.4凝胶材料的应用

5.5结论

参考文献

硕士期间发表的论文及申请专利

致谢