新型取代咔咯及其金属配合物的合成及气敏性能的研究

发布时间：2020-03-23 09:48

【摘要】：空气污染作为主要的环境问题之一,对人体健康以及工业生产都会造成巨大的危害。如果能够及时发现并处理这些空气污染物,就可以在很大程度上减轻大气污染的程度。这使得气敏传感器在有毒有害气体的检测方面扮演着重要的角色。但目前气敏材料过高的检测要求制约了气敏传感器的发展,因此发展气敏材料势在必行,而有18-π电子结构的咔咯化合物及其金属配合物在传感器领域则显示出了潜在的应用。本文介绍了氧化石墨烯、A_3型咔咯化合物及其金属配合物以及A_2B型咔咯化合物及其金属配合物的制备方法,同时研究了其对二氧化氮气体的敏感性。本文中也提出了通过物理复合以及化学接枝两种方法制备咔咯/氧化石墨烯以及金属咔咯/氧化石墨烯功能复合材料,并探究了其对二氧化氮气体的敏感性,具体内容如下:1.通过改进后的Hummers法,制备了表面存在含氧基团的单层或是几层的氧化石墨烯,对氧化石墨烯的结构以及表面基团进行表征以确定其结构。将氧化石墨烯作为气敏材料在常温下测试其对不同浓度的二氧化氮气体的敏感性,氧化石墨烯对浓度为5 ppm和50 ppm的二氧化氮气体均表现出优秀的敏感性(电阻分别从49386?下降到了47944?以及从48040?下降到44920?),并且当高浓度的二氧化氮气体撤去时也表现出了优异的恢复性,但对低浓度气体并未表现出恢复性。2.通过改进的Lindsey制备了三(4-甲基苯基)咔咯,10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯以及10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯,并将10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯还原成了10 (4-氨基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯。同时将所合成的四种咔咯化合物与金属钴离子以及三苯基膦进行配位,制备了三(4-甲基苯基)咔咯钴,10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯钴,10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯钴以及10 (4-氨基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯钴,并对其结构进行了相应的表征。3.检测了所合成的咔咯化合物及其金属配合物对二氧化氮气体的敏感性,发现A_2B型金属咔咯配合物由于其分子的极性更强,所以在导电性以及对二氧化氮气体的敏感性方面都更加优秀,同时取代基的吸电子能力越强,材料对二氧化氮气体的敏感性就越好。10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯钴在与浓度为50 ppm的二氧化氮气体接触后电阻从6.5 M?下降到3.5 M?,并且在气体撤去后,电阻出现了缓慢的回升,表现出一定的恢复性。4.将制备的咔咯化合物及其金属配合物与氧化石墨烯通过物理复合以及化学接枝两种方法制备咔咯/氧化石墨烯以及金属咔咯/氧化石墨烯功能复合材料:A_3Cor+GO、A_3Cor-Co+GO、Cl-Cor+GO、Cl-Cor-Co+GO、NO_2-Cor+GO、NO_2-Cor-Co+GO、NH_2-Cor+GO、NH_2-Cor-Co+GO、NH_2-Cor-GO以及NH_2-Cor-Co-GO,同时,探究了功能复合材料的气敏性能。Cl-Cor-Co+GO由于其取代基吸电子能力最强使得其对二氧化氮气体的敏感性最好,在通入浓度为5 ppm的二氧化氮气体时电阻迅速从600614?下降到581830?,撤去气体后,电阻恢复,通入浓度为50 ppm的二氧化氮气体时,电阻从590983?下降到551693?,撤去气体后,电阻也出现大幅的恢复,说明本文中成功制备了一种能够在常温下对低浓度二氧化氮气体进行重复检测的气敏材料。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;O641.4;X51

【相似文献】