光致机械运动偶氮吡啶类晶体的合成及其结晶过程研究

摘要

偶氮吡啶衍生物的光响应特性以及自组装特性，引起了世界各国研究人员的广泛关注。目前，有关偶氮吡啶衍生物的开发和应用正在逐步展开，在自组装纤维以及光响应液晶材料领域中得到应用。但是，关于偶氮吡啶衍生物分子晶体的光致机械运动还没有报道，对于其在光致机械方面的应用还有待开发。在此背景下，本文对4-(6-羟基-4-己氧基)苯偶氮基)吡啶（6CAZPY）化合物以及其三种金属复合物的结晶及光致机械运动进行了系统的研究。 本文首先合成6CAZPY化合物，运用固体红外、液体核磁共振氢谱、元素分析对合成的化合物进行了结构表征；运用缓慢蒸发结晶的方法得到了黄色片状的6CAZPY晶体并研究了该晶体的热稳定性。 其次，结合6CAZPY的自组装性能，以Zn(acetylacetone)2·H2O为配体，制备得到了三种新型的金属有机复合物并进行了结构表征；之后分别对三种晶体的晶体形态以及热稳定性进行分析，发现((Zn(acetylacetone)2·H2O)(6CAZPY))(complex-Ⅰ)晶体能够在加热的过程中转晶为((Zn(acetylacetone)2)(6CAZPY))(complex-Ⅱ)晶体。此外，培养出了complex-Ⅰ以及complex-Ⅲ的单晶，并从分子排列方式以及分子间相互作用力等方面对这两种晶体结构进行了分析。 对6CAZPY以及三种金属有机复合物的光致异构现象以及光致机械弯曲运动进行了研究。运用紫外可见光谱分析了以上四种物质的光致异构现象，发现甲苯溶液中四种化合物的光致异构反应是遵循一级动力学的；研究了6CAZPY晶体的光致机械弯曲运动，发现弯曲运动的幅度受到晶体尺寸以及紫外光强度的影响；研究了三种金属有机复合物晶体的光致机械弯曲运动，发现金属复合物晶体在较厚的情况也能发生明显的光致机械弯曲运动；结合各物质的稳定性与光致机械性能，最终发现complex-Ⅲ晶体具备更强的光致机械运动性能。 最后，研究了四种偶氮吡啶类化合物的光致机械弯曲运动机理。运用粉末X射线衍射仪（PXRD）分别测试了四种化合物在紫外光照射前后的衍射峰位置以及强度的变化，发现化合物光致异构反应的发生会导致晶体结晶度降低，但是没有新的晶型的产生。运用原子力显微镜（AFM）分别测试了四种化合物在紫外光照射前后晶体表面拓扑结构的变化，均发现光致异构反应的发生会使得晶体表面出现短程无序的现象。 以上关于6CAZPY的结晶，金属有机复合物的合成及结晶，偶氮吡啶类晶体化合物的光致异构、光致机械运动及其机理的研究均未见文献报道。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 光致机械运动的基本介绍

1.2 光致机械运动研究现状

1.2.1 聚合物光致机械运动

1.2.2 分子晶体光致机械运动

1.3 偶氮吡啶衍生物

1.4 本文研究意义

1.5 本文研究内容

第二章 4-(6-羟基-4-己氧基)苯偶氮基)吡啶的合成和晶体制备

2.1 引言

2.2 文献综述

2.2.1 偶氮吡啶类化合物合成介绍

2.2.2 晶体制备方法

2.3 实验部分

2.3.1 实验药品与仪器

2.3.2 6CAZPY的合成及表征

2.3.3 6CAZPY晶体的制备及表征

2.4 结果和讨论

2.4.1 6CAZPY分子结构表征

2.4.2 6CAZPY晶体形态与热稳定性分析

2.5 本章小结

第三章 (Zn(acetylacetone)2·x0H2O)x(6CAZPY)y晶体的制备及其结构表征

3.1 引言

3.2 文献综述

3.2.1 金属有机配合物

3.2.2 多晶型现象

3.3 实验部分

3.3.1 实验药品与仪器

3.3.2 金属有机复合物的合成与表征

3.3.3 冷却结晶制备complex-Ⅰ晶体及其表征

3.3.4 蒸发结晶制备complex-Ⅱ晶体及其表征

3.3.5 减压蒸发结晶制备complex-Ⅲ晶体及其表征

3.4结果与讨论

3.4.1 金属有机复合物的表征

3.4.2 金属有机复合物的晶体形态及热稳定性分析

3.4.3 complex-Ⅰ晶体的转晶

3.4.4 金属有机复合物晶体结构分析

3.5 本章小结

第四章 偶氮吡啶类衍生物晶体的光致异构以及光致机械运动

4.1 引言

4.2 文献综述

4.2.1 偶氮类化合物分子晶体的光致机械运动

4.2.2 金属复合物晶体光致机械运动

4.3 实验部分

4.3.1 实验药品与仪器

4.3.2 偶氮吡啶类化合物光致异构以及机械运动实验方法

4.4结果与讨论

4.4.1 6CAZPY的光致异构与光致机械运动

4.4.2 complex-Ⅰ的光致异构与光致机械运动

4.4.3 complex-Ⅱ的光致异构与光致机械运动

4.4.4 complex-Ⅲ的光致异构与光致机械运动

4.5 本章小结

第五章 偶氮吡啶类衍生物晶体的光致机械运动原理

5.1 引言

5.2 光机械运动机理概述

5.3 实验部分

5.3.1 实验药品与仪器

5.3.2 实验过程

5.4 结果与讨论

5.4.1 6CAZPY晶体光致弯曲运动的机理

5.4.2 complex-Ⅰ晶体光致弯曲运动的机理

5.4.3 complex-Ⅱ晶体光致弯曲运动的机理

5.4.4 complex-Ⅲ晶体光致弯曲运动的机理

5.5 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录

发表论文和参与科研情况说明

致谢