卟啉共价修饰碳纳米管及石墨烯体系的构筑及非线性光学性质的研究

发布时间：2018-04-19 03:16

本文选题：非线性光学 + 卟啉　；参考：《江南大学》2017年硕士论文

【摘要】：在过去的二十年间,纳米尺寸的碳同素异形体得到了科学界与工业界广泛的关注,其中包括零维富勒烯C60,一维单壁或多壁碳纳米管(SWCNTs/MWCNTs)和二维石墨烯。这些纳米材料所共同具备的sp2型碳原子六方晶格赋予了它们优异的电学、力学、热学和光学性质,成为很多高科技领域的候选材料,比如在电子/光学领域,催化,纳米医学,以及制作纳米反应器等等。通过表面功能化,我们可以进一步在碳纳米管、石墨烯材料中引入新的性能,使其具备更多的应用潜力。以光电活性有机染料卟啉共价功能化碳纳米管或石墨烯不但可以有效改善碳纳米材料的溶解性,还能够结合卟啉和碳纳米材料两者本身的独特优势。本论文工作围绕卟啉共价修饰的非线性光学复合纳米材料开展了两个方面的研究。在第二章节,我们设计、制备出三个新型卟啉/单壁碳纳米管复合材料,并研究了卟啉上不同取代基团对该类型复合材料非线性光学性能的影响。这三个材料在结构上的区别仅仅在于与碳管成对位、卟啉外端的取代基团,分别是中性的苯基、拉电子特性的4-氰基苯基以及供电子基4-N,N-二甲基氨基苯基。对三个材料的表征,分别采用了稳态紫外吸收光谱,稳态荧光,傅里叶红外和拉曼光谱,扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜以及热重量分析技术(TGA),这些测试结果充分证明了卟啉分子是以1,2,3-三氮唑作为连接桥的共价修饰方式连接到单壁碳纳米管上,而不是通过非共价连接的方式。我们使用开口Z-扫描技术,在532 nm、4 ns激光条件下对三个材料做了非线性光透过率实验,发现拉电子的氰基和供电子的二甲基氨基对于提升复合材料的光限幅性能都起了积极的作用。研究分析表明这主要是由于这两种基团的引入能有效增加卟啉部分的反饱和吸收能力,此外,二甲基氨基能够更加明显地改变卟啉的激发态和反饱和吸收过程,对复合材料的光限幅性能提升作用最大。这一研究发现可能会为在光电子领域中设计更好的非线性光学材料提供有益的指导。在第三章节,我们设计、制备了两个新型的卟啉共价融合还原氧化石墨烯边缘的复合材料(RGO-TPP1,RGO-TPP2),并在800 nm飞秒激光波长下表征了近红外超快三阶非线性光学性质。这种复合材料的制备是将在?位修饰了邻二胺基的金属卟啉与具有邻苯二酮基的氧化石墨烯通过缩合环化的方式形成吡嗪环,然后原位还原得到卟啉以全共轭的吡嗪环作为连接桥融合到石墨烯边缘的新型复合材料,其中采用的两种卟啉分别是:2,3-二氨基-5,10,15,20-四苯基铜卟啉(TPP1)和2,3-二氨基-5,10,15,20-四苯基镍卟啉(TPP2)。另外,为了与传统的表面功能化石墨烯复合材料相对比,借助了经典的酰胺化反应将在?位点修饰了一个氨基的2-氨基-5,10,15,20-四苯基铜卟啉(TPP3)与氧化石墨烯上的羧基反应然后再原位还原,从而制备出一种单线共价连接形式的卟啉共价功能化的石墨烯基纳米复合物(RGO-TPP3)。对于新型材料的表征,我们分别采用了稳态紫外吸收和荧光光谱,全反射红外和拉曼光谱,X-射线衍射,SEM,原子力显微镜和TGA进行全面的测试,证实了RGO-TPP1和RGO-TPP2中卟啉通过新形成的全共轭型吡嗪环成功的融合到了石墨烯边缘。借助于开口Z-扫描技术,测试了它们的超快的非线性光学性能,RGO-TPP1,RGO-TPP2,RGO-TPP3均表现出了反饱和吸收特征,这归因于卟啉分子优异的双光子吸收能力和其与石墨烯之间有效的能量或电子转移;此外,两种新型材料RGO-TPP1和RGO-TPP2的反饱和吸收能力明显更强,其中RGO-TPP2的反饱和吸收最明显,具有最优异的光限幅性能。这种新型材料不但可以被用来制作超快的光限幅器件,而且是作为新的催化材料、纳米医学材料的候选材料。
[Abstract]:In the past two decades , nano - sized carbon allots have been widely paid attention to by the scientific community and industry , including zero - dimensional fullerene C60 , one - dimensional single - wall or multi - walled carbon nanotubes ( SWCNTs / MWCNTs ) and two - dimensional graphene .

【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O613.71

【参考文献】