一种多钨氧簇—硅氧簇形状两亲分子的合成及自组装

摘要

分子自组装是指分子在非共价键作用下自发形成有序稳定结构的过程。近年来，随着纳米技术的发展，分子自组装已经成为材料科学中自下而上构筑新型纳米材料的最有效手段之一。多金属氧簇（polyoxometalates，简称POMs）是一类由前过渡金属原子与氧原子或其他非金属原子通过配位键桥连作用形成的单分子簇合物。POMs具有丰富的化学组成和拓扑结构以及种类繁多的物理化学性能，在医药、催化、磁体和光电材料等方面都有很好的的应用前景。多金属氧簇具有精确的化学组成及纳米尺度的刚性三维结构，是一种用于构筑特定功能的超分子组装结构的理想砌块。通过基于POMs的分子自组装，可以得到一些与传统小分子或聚合物分子不同的超分子结构，而POMs本身具备的应用性能也为这些超分子组装体提供了更好的应用前景。笼状倍半硅氧烷(Polyhedraloligomeric silsesquioxane，简称POSS)是一种笼状的有机/无机杂化硅氧簇合物，T8型的POSS分子由0.53纳米的刚性无机内核及与之共价链接的有机外壳组成，有1到3纳米分子尺寸。POSS因其硅氧键桥连的笼状内核而具有良好的化学和热稳定性，可应用于涂料，纳米复合材料，电子设备和航天飞机等领域中。与POMs类似，POSS分子也是一类很好的超分子自组装的构筑砌块。
　　在本论文的研究工作中，一种基于POM和POSS的具备形状两亲性的杂化分子被成功合成，这种POM-POSS型形状两亲分子有相较于小分子表面性剂更大的分子量和分子尺寸，相较于聚合物分子更加精确的化学组成及空间三维结构。也就是说，这种两亲分子同时具备了小分子的精确性以及聚合物分子的纳米尺度，是一种很好的自下而上自组装构筑精细超分子结构的分子，通过这种分子的自组装的可能构筑一些具备应用前景的超分子材料。
　　在本论文中，利用核磁共振光谱(NMR)，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和电喷雾电离质谱(ESI-MS)等方法表征了合成分子的化学结构及纯度。利用X射线衍射(XRD)，原子力显微镜(AFM)，Langmuir-Blodgget(LB)膜技术，扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)等表征手段对这种形状两亲分子的自组装行为进行了研究。研究结果表明这种形状两亲分子在可控的溶剂条件下可组装形成不同的有序超分子结构。在乙腈-水的混合溶剂里这种分子可自组装得到洋葱状多层胶束，在这种胶束内部POM嵌段和POSS嵌段发生微相分离形成POM层-POSS层交替堆叠的多层结构，这种层状结构是由POM-POSS表面活性剂分子以头对头交错堆叠形成的，在强极性溶剂中洋葱状多层胶束的形成大大地降低了体系的自由能，是一种热力学稳定的结构。在四氢呋喃-水的混合溶剂中这种分子可自组装形成囊泡结构，这种囊泡中POM以头对头的方式形成双分子层，与细胞膜中磷脂双分子层结构类似，是一种典型双分子层状结构。本论文的研究工作可进一步加深人们对于分子自组装的理解，对将来合成更多的具有应用前景的超分子器件有很好的启发作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 分子自组装及其应用

1．1．1 分子自组装定义及超分子化学

1．1．2 分子自组装构筑有机无机杂化材料

1．1．3 基于形状两亲分子的自组装研究

第二节 多金属氧簇简介

1．2．1 多金属氧簇有机／无机杂化衍生物及其自组装

1．2．2 本课题组基于多金属氧酸簇的自组装工作介绍

第三节 多面低聚倍半硅氧烷概述

1．3．1 多面低聚倍半硅氧烷简介

1．3．2 多面倍半硅氧烷的官能化改性

1．3．3 基于多面低聚倍半硅氧烷的分子设计及分子自组装

第四节 课题的提出

第二章 笼状倍半硅氧烷-多金属氧酸盐两亲性双球分子的合成和结构表征

第一节 引言

第二节 实验部分

1．2．1 材料与试剂

1．2．2 仪器和检测方法

第三节 Dawson型多金属氧簇-倍半硅氧烷杂化分子的合成及表征

1．3．1 合成设计

1．3．2 POM-POSS杂化双球分子的合成表征

1．3．3 POM-POSS杂化双球分子合成步骤

第三章 笼状倍半硅氧烷-多金属氧簇哑铃状双球分子的可控自组装

第一节 引言

第二节 实验部分

1．2．1 材料与试剂

1．2．2 仪器和检测方法

第三节 水表面的自组装

第四节 固体表面上多金属氧簇-倍半硅氧烷表面活性剂分子本体薄膜的组装结构

第五节 选择溶剂中多金属氧簇-倍半硅氧烷杂化双球分子的组装行为研究

3．5．1 在乙腈-水选择性溶剂体系中的自组装

3．5．2 在四氢呋喃-水选择性溶剂中的组装

第四章 全文结论

参考文献

致谢

个人简历