基于Keggin离子和铜配合物的质子导体及其复合材料的合成和性能

发布时间：2018-01-29 14:13

本文关键词： Keggin型杂多酸有机-无机杂化材料质子导电性氧化石墨烯　出处：《河南师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着当今科学技术的发展,关于功能材料的研究已经日新月异,尤其是基于功能材料的有机-无机杂化材料更是现代材料发展的主体趋势。这种材料根据其有机-无机化学组分间的结构多样性以及物理化学性能的独特性,通过两种或多种不同化学组分之间的相互杂化,对材料的功能特性进行不断的互补和优化,从而制备出新型的功能材料,并且这种功能材料在当今社会的新能源、生物药物等方面都有着重要的应用。这种功能材料所必不可缺的组分—杂多酸,因其独特的结构和丰富的物理化学性质,在功能材料的制备方面具有广阔的应用前景。我们知道,杂多酸是一种强度均匀的质子酸,其不但具有较强的酸性,而且具有丰富的氧化还原性质,我们通过改变分子的组成,可以调节杂多酸的酸强度和氧化还原性能。同时,杂多酸也是一种多功能的新型催化剂,它的稳定性良好,并且对环境没有污染,是一类大有前途的绿色催化剂。而在我们课题组所研究的固体质子导体的课题当中,具有独特离子结构的Keggin型杂多酸在我们的研究当中发挥了不可忽视的作用,由于Keggin型杂多酸是一种良好的固体质子导体,因此我们经常把它作为我们合成新型功能材料的构筑基块,而像这种把Keggin型杂多酸固定在各类固体基质上,来合成我们所需的新型的固体质子导体的方法具有快捷、简便、稳定且厚度可控、重现性良好等优点。在本论文中,我们通过4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶(L)、过渡金属离子(Cu2+)和Keggin型杂多酸阴离子SiW12O404的自组装成功地合成了复合物1:{[Cu(L)(H2O)3] 2 [SiW12O40]}·7H2O。我们对该复合物的单晶结构进行了分析,通过X-射线单晶衍射分析表明该复合物为单斜晶系,属于C2/c空间群；红外光谱数据显示了该复合物中有机分子L和杂多酸阴离子[SiW12O40]4-的特征峰；热重分析数据显示了该复合物在温度为100-C以下时,其整体的框架结构没有发生什么变化；X-射线粉末衍射数据分析表明该复合物在电化学交流阻抗测试前后,其晶体的粉末样品结构基本没有发生变化；电化学交流阻抗测试结果表明该复合物在温度为100℃时,相对湿度范围为35%—98%的情况下表现出了良好的质子导电性,其质子导电率达到了10-3 S.cm-1。其次,我们通过使用4,4'-bipyridine-N,N'-dioxide(dpdo)有机分子配体、第一过渡系金属铜和Keggin型杂多酸阴离子PW12O404-,成功合成了复合物2：[Cu4(dpdo)12][H(H20)27(CH3CN)12][PW12O40]3,我们对该复合物的晶体结构以及性质进行了测定和分析。此外,我们还制备了基于该复合物的两个掺杂不同配比氧化石墨烯的复合材料(2-GO1和2-G02),并通过红外光谱分析,热重分析,X-射线粉末衍射分析,扫描电镜等对该复合物以及其氧化石墨烯的复合材料进行了对比和表征。其热重分析结果表明,它们的框架结构在100℃以下时具有较高的热稳定性；X-射线粉末衍射数据分析表明在电化学交流阻抗测试前后,它们的粉末样品结构并没有发生变化；而通过扫描电镜的图示分析,我们可以看到氧化石墨烯以片层状结构附着在复合物2的表面；最后又通过电化学交流阻抗测试分析表明,掺杂氧化石墨烯的两种复合材料(2-GO1和2-G02)在复合物2原有导电率的基础上改善和增加了其固体质子导电率。
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【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;O641.4

【参考文献】