有机分子凝胶的制备、组装机理及掺杂功能化研究

摘要

本文通过分子设计合成了几种不同结构类型的凝胶因子，研究了分子结构与凝胶性能之间的关系，考察了溶剂、掺杂剂等条件对于凝胶自组装过程的影响，并赋予凝胶体系光致发光的性能。具体研究内容如下:
　　(1)设计合成了两种以谷氨酸为主链，侧基分别接有苄氧羰基和磷酸二苯酯基的长链型凝胶因子Glu-CBZ和Glu-DPA。对其凝胶性能及自组装机理的研究表明，溶剂内部、凝胶因子内部以及溶剂与凝胶因子之间的相互作用力会对凝胶的热稳定性能和微观形貌产生影响;侧基中较多的苯环数目产生明显的位阻效应，使得Glu-DPA中自组装驱动力密度下降，导致其热稳定性能弱于Glu-CBZ。因此，Glu-CBZ的自组装方式为致密的六方堆积，而Glu-DPA则以自由空间更大的立方堆积模式堆积;而在流变测试的动态过程中，剪切作用提供了足够大的活化能来破坏凝胶因子之间的氢键和配位作用，使那些可以提供驱动的基团重新裸露，重排并重新相互作用形成密度更大的相互作用，因此导致Glu-DPA的机械强度和自修复性能优于Glu-CBZ。
　　(2)在Glu-CBZ和Glu-DPA凝胶体系中掺入手性因子ZAO-CC，研究手性因子的加入对于自组装网络形貌的影响。结果表明AZO-CC的加入会诱导Glu-CBZ和Glu-DPA在甲苯中形成的自组装结构产生螺旋结构。
　　(3)设计合成了含有可与金属元素产生配位络合作用的三联吡啶基团的胆固醇类凝胶因子CHO-TPY，研究掺杂金属离子对于凝胶性能的影响。结果表明金属离子的加入产生了金属配位作用，从而使得凝胶体系的流变学性能和自组装有序程度提高，同时由于凝胶网络的存在使得稀土金属离子能够均匀地分散在网络结构中。
　　(4)研究了CHO-TPY/Eu、CHO-TPY/Tb两种凝胶的荧光性质。通过荧光光谱表征可知，两种金属杂化凝胶体系中确实出现了稀土金属离子特征的电子跃迁峰。同时通过调控两种稀土元素的比例，我们制备了一系列具备不同发光特性的配位凝胶。当EuⅢ∶TbⅢ=1.6∶1时，可以得到发近白光的凝胶。这在固态光源领域存在潜在应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 分子凝胶概述

1．3 分子凝胶自组装的驱动力

1．3．1 氢键作用

1．3．2 π-π堆积作用

1．3．3 金属配位作用

1．3．4 疏水作用

1．4 分子凝胶的表征方法

1．4．1 最低凝胶浓度

1．4．2 凝胶的相转变温度及相图

1．4．3 凝胶的热力学参数

1．4．4 流变学分析

1．4．5 微观形貌表征方法

1．4．6 散射和衍射方法

1．4．7 光谱学方法

1．5 影响分子凝胶自组装过程的因素

1．5．1 凝胶因子浓度的影响

1．5．2 溶剂的影响

1．5．3 剪切力的影响

1．5．4 超声的影响

1．5．5 pH的影响

1．6 分子凝胶的应用

1．6．1 刺激响应性材料

1．6．2 生物医药材料

1．6．3 在凝胶介质中的反应

1．6．4 其他方面的应用

1．7 基于分子凝胶的掺杂化复合材料研究进展

1．7．1 分子凝胶／碳纳米材料复合体系

1．7．2 分子凝胶／金属纳米颗粒复合材料

1．7．3 分子凝胶／金属化合物复合材料

1．7．4 分子凝胶与其他掺杂剂形成的复合材料

1．8 本文的选题思路和主要内容

1．9 本文的创新点

第二章 基于谷氨酸的长链型凝胶因子的合成及其自组装机理研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2．2 主要原料

2．2．3 凝胶因子的合成

2．2．4 凝胶的测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 溶剂对于凝胶的影响

2．3．2 侧基对于凝胶性能的影响

2．3．3 自组装驱动力及机理研究

2．3．4 掺杂手性因子对于自组装形貌的影响

2．4 本章小结

第三章 金属离子掺杂的分子凝胶有机／无机杂化体系的自组装性能和机理研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 主要原料

3．2．3 凝胶因子的合成

3．2．4 凝胶的制备与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 凝胶的基本性质

3．3．2 掺杂稀土金属离子对于CHO-TPY凝胶的影响

3．4 本章小结

第四章 金属离子掺杂凝胶体系的荧光性质初探

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验仪器

4．2．2 性能测试与表征

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 全文总结

5．2 对后续工作的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果