扭曲取代苝酰亚胺的合成及碱驱动的肼传感性能研究

摘要

在环境检测领域中，气敏传感器发挥着不可替代的作用。开发一类制备简单、灵敏度高、响应快且长期稳定的气敏传感器是当前热点研究课题。苝酰亚胺衍生物因其独特的光电性质在气敏传感器方面有着潜在的应用，但其在固态易发生聚集，不利于成膜时疏松结构的形成，影响器件的性能。因此，调控苝酰亚胺分子结构以优化聚集态形貌，从而提高器件性能是当前亟待解决的问题之一。
　　本文设计并合成了湾位扭曲的氧桥连七元联苯(THB)单取代和双取代的苝酰亚胺(s-THBPDI,d-THBPDI)，通过红外光谱、核磁共振氢谱对其进行了结构表征；利用不同浓度溶液的紫外-可见吸收和荧光发射光谱研究了聚集行为，与湾位未取代的苝酰亚胺相比，湾位引入THB单元可有效抑制苝酰亚胺分子间的平面聚集；并通过循环伏安曲线对其能级结构进行了研究，表明其具有较低的还原电位，易于得电子形成自由基阴离子。
　　其次，在水合肼、乙二胺和三乙胺等有机碱的作用下，在N,N’-二甲基甲酰胺溶液中对d-THBPDI进行了化学还原，并通过紫外-可见吸收光谱及荧光发射光谱监测了自由基阴离子的形成过程。通过对比不同有机碱条件下的d-THBPDI还原过程对其还原机理进行了探讨，提出了碱驱动的烯-醇自由基离子互变的还原机制。
　　基于苝酰亚胺在有机碱作用下的还原机制，以d-THBPDI为传感材料，通过溶液加工法制备了薄膜器件，并对其气敏性能及传感机理进行了研究。结果表明该器件具有较高的灵敏度、快速的响应/恢复时间和良好的重复使用性，其传感机理属于苝酰亚胺在碱性条件下的还原。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 气敏传感器概述

1.2 基于苝酰亚胺类化合物气敏传感器的原理

1.3 水合肼检测技术研究进展

1.4 本论文设计思路

第2章 实验用试剂与仪器

2.1 实验用试剂

2.2 实验用仪器

第3章 湾位功能化苝酰亚胺衍生物的合成及聚集态研究

3.1 合成路线

3.2 中间体炔代扭曲的氧桥连七元联苯的合成与表征

3.3 氧桥连扭曲七元联苯取代的苝酰亚胺的合成

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 湾位功能化苝酰亚胺的还原及机理研究

4.1 苝酰亚胺自由基阴离子在不同有机碱条件下的合成

4.2 苝酰亚胺自由基阴离子在无机碱条件下的合成

4.3 碱驱动的苝酰亚胺自由基阴离子的形成机理

4.4 本章小结

第5章 基于d-THBPDI薄膜的水合肼传感器的制备、性能表征及传感机理研究

5.1 d-THBPDI薄膜的气敏传感器的制备与性能测试

5.2 d-THBPDI薄膜的气敏传感器对水合肼的传感性能表征

5.3 传感机理研究

5.4 对比研究

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢