小分子非共价选择分离单壁碳纳米管的研究

发布时间：2018-02-21 01:21

  本文关键词： 单壁碳纳米管 非共价分离 金属卟啉配位物 手性双卟啉 胺基咔唑桥连分子镊　出处：《武汉工程大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：单壁碳纳米管(SWNTs)独特的分子结构使其具有优异的电学、光学、力学和热学性能,在生物、材料和光电器件等领域具有广泛的应用前景。目前常规生产技术制备的SWNTs均是粗细各异、多(n,m)组分、金属型与半导体型碳纳米管的混合物,此外,一些制备方法所得的SWNTs产品中还混合无定形碳、富勒烯及催化剂粒子等杂质,这极大限制了SWNTs基于其单一结构或性质的研究与应用。如何对SWNTs进行有效的分离,制备单一结构、性质的碳纳米管,已成为当前碳纳米管研究的热点和难点之一。本文从π-π堆积理论出发,设计使用金属卟啉配位物、手性双卟啉分子镊和胺基咔唑桥连分子镊抽提SWNTs,研究主体分子与SWNTs的超分子相互作用以及其对SWNTs的选择性。在第二章中,我们采用四种常见的2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-金属卟啉配位物(MOEP)对76-CoMoCAT碳纳米管进行选择性分离。由于各种金属原子特性、电荷数不同,导致金属卟啉配合物的电子云结构的不同,影响其与碳管的相互作用。ZnOEP和MnOEP与SWNTs的超分子相互作用较强,成功将SWNTs溶解在甲醇中;CuOEP和CoOEP与SWNTs的作用较弱,SWNTs无法溶解。我们通过吸收光谱验证了ZnOEP和MnOEP与SWNTs存在的π-π相互作用,原子力表面形貌图进一步证明ZnOEP对SWNTs强大的超分子作用可将大部分SWNTs分散为单根SWNTs或少量SWNTs管束的聚集体。关于SWNTs(n,m)值富集,ZnOEP和MnOEP展现相似的选择性,均对大直径SWNTs具有较好的分离能力。在第三章中,我们通过Suzuki-Miyaura偶联反应合成手性双卟啉分子镊:3,6-二(10?,20?-二(N-BOC-苯丙氨基)-锌卟啉-5?-基)-N-正辛基咔唑(DPOCN)。研究DPOCN分子对65-CoMoCAT碳纳米管的直径和螺旋结构的选择性。实验结果表明DPOCN分子对(7,5)-和(8,4)-SWNTs的选择性较好,然而分离后的碳纳米管样品无明显的CD信号,DPOCN分子对这种碳纳米管体系的手性拆分作用较差。在第四章中,我们通过Suzuki-Miyaura偶联反应合成一种新型二芘基分子镊:3,6-双(1?-芘基)-9-(N,N-二甲基胺丙基)咔唑(DPNN)。相比于其他烷基修饰的二芘基分子镊,DPNN分子镊展现出对SWNTs强的抽提能力,这可能是由于DPNN分子镊中胺基的存在增强了芘-碳纳米管复合物的极性,提高其在极性溶剂甲醇中的溶解性。我们通过原子力表面形貌图进一步验证了DPNN分子镊在甲醇溶液中对SWNTs的强的分散能力,对比分析分离前后76-CoMoCAT碳纳米管的荧光光谱、吸收光谱和拉曼光谱得到了DPNN分子镊对SWNTs的直径的选择性,为0.84-0.97nm。
[Abstract]:Single walled carbon nanotubes (SWNTs) unique molecular structure makes it with excellent electrical, optical, mechanical and thermal properties in biology, Materials, optoelectronic devices and other fields have a wide application prospect. At present, the SWNTs prepared by conventional production technology is a mixture of metal and semiconductor carbon nanotubes with different thickness and different components. Some of the SWNTs products obtained by the preparation method are also mixed with amorphous carbon, fullerene and catalyst particles, which greatly limits the research and application of SWNTs based on its single structure or properties. Properties of carbon nanotubes (CNTs) have become one of the hot and difficult points in the research of CNTs. Based on 蟺-蟺 stacking theory, the metalloporphyrin coordination compounds are designed and used in this paper. Chiral bisporphyrin tweezers and amino carbazole bridged tweezers were used to extract SWNTs to study the supramolecular interaction between host molecules and SWNTs and their selectivity to SWNTs. The selective separation of 76-CoMocat carbon nanotubes was carried out by using four common coordination compounds (Mopp) of two kinds of metal atoms. The electronic cloud structures of metalloporphyrin complexes were different due to the different atomic properties and charge numbers of various metal atoms. The supramolecular interaction between SWNTs and ZnOEP and MnOEP is stronger. SWNTs was successfully dissolved in methanol and the interaction between SWNTs and ZnOEP was weak. The 蟺-蟺 interaction between ZnOEP and MnOEP and SWNTs was verified by absorption spectra. Atomic force surface topography further proves that ZnOEP can disperse most of SWNTs into aggregates of single SWNTs or a few SWNTs tube bundles due to its strong supramolecular effect. In chapter 3, we synthesized chiral bisporphyrin tweezers by Suzuki-Miyaura coupling reaction. ,20? -N-BOC- phenylpropylamino-zinc porphyrin-5? The selectivity of DPOCN molecule to the diameter and spiral structure of 65-CoMoCAT carbon nanotubes was studied. The experimental results showed that the selectivity of DPOCN molecule to the diameters and helical structures of the 65-CoMocat carbon nanotubes was better than that of the DPOCN molecule, and the selectivity of the DPOCN molecule to the diameters and the helical structure of the 65-CoMocat carbon nanotubes was better than that of the DPOCN molecule. However, the chiral resolution of the carbon nanotube system was poor without obvious CD signal. In Chapter 4th, we synthesized a new type of dipyrene molecular tweezers: 3 ~ (6) -dipyrene 1? Compared with other alkyl modified dipyrene molecular tweezers, SWNTs molecular tweezers show strong ability to extract SWNTs. This may be because the presence of amino groups in DPNN molecular tweezers enhances the polarity of pyrene-carbon nanotube complexes. The solubility of DPNN in methanol was improved. The strong dispersion of DPNN molecular tweezers to SWNTs in methanol solution was further verified by atomic force surface topography. The fluorescence spectra of 76-CoMoCAT carbon nanotubes before and after separation were compared and analyzed. The selectivity of DPNN tweezers to the diameter of SWNTs was obtained by absorption and Raman spectra, ranging from 0.84-0.97 nm.
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71;TB383.1

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本文编号：1520589