内嵌原子簇富勒烯的制备,结构表征及化学反应性的研究

发布时间：2017-03-27 17:20

  本文关键词：内嵌原子簇富勒烯的制备,结构表征及化学反应性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：内嵌原子簇富勒烯的独特电子结构以及相对较高的稳定性和产率使其成为当前富勒烯材料领域的研究热点,并在生物医学、能源、超导等方面有着广阔的应用前景。迄今为止,研究者已报道了金属氮化物,碳化物,氧化物,碳氢化合物,氰化物以及硫化物原子簇富勒烯。其中,内嵌金属氧化物原子簇富勒烯家族呈现了较为多样化的内嵌氧化物原子簇结构,然而已报道的碳笼的结构却非常有限。因此需要进一步探索具有不同碳笼结构的内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的制备。在内嵌原子簇富勒烯化学反应性的研究中,内嵌原子簇和外接碳笼之间的相互作用以及这种相互作用对化学反应性的影响是内嵌富勒烯化学反应的研究重点。内嵌富勒烯化学反应研究的一个重要内容是其水溶性衍生物的合成研究,因此,探索水溶性内嵌富勒烯及其反应中间体的制备也成为内嵌富勒烯反应研究的重要内容。本论文的具体内容包括以下三个方面:1.分别选择C2H5OH,H2O和CO2作为反应气氛中的氧源,探索内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的制备方法。实验结果表明,CO2为这一反应的最佳氧源。进一步对该反应的合成条件进行了优化,通过电弧放电法合成了一系列未见报道的内嵌双金属氧化物原子簇富勒烯Sc2O@C2n(n=35-41)。反应得到的富勒烯混合物经分离纯化,得到了一个新的内嵌金属氧化物原子簇富勒烯Sc2O@Td(19151)-C76。对其进行了质谱,单晶X射线衍射,45Sc核磁共振,紫外可见近红外吸收光谱,电化学性质以及理论计算的研究。Sc2O@Td(19151)-C76是首次用单晶X射线衍射的方法表征的具四面体构型的富勒烯和具有高对称性Td-C76碳笼的内嵌原子簇富勒烯。Sc2O@Td(19151)-C76与Sc2O@Cs(6)-C82的单晶结构解析及理论计算的对比结果显示,Sc2O在Td(19151)-C76中的键角相比在Sc2O@Cs(6)-C82中明显减小,其原子簇的运动也比在Cs(6)-C82中受到了更大的限制。该研究结果表明碳笼的大小对内嵌原子簇在IPR碳笼内的空间构型及运动状态具有重要的影响。2.通过Lu3N@C80与6,7-二甲氧基苯并二氢吡喃的Diels-Alder反应,得到了该反应生成的两种单加成产物A,B以及一种单加成产物的氧化物C和二加成产物。通过HPLC分离纯化得到了纯度较高的单加成产物A,B以及氧化物C。对A,B,C进行了质谱,紫外可见近红外吸收光谱以及电化学性质的研究。实验结果表明,Lu3N@C80的该反应生成了两种具有不同加成位点的单加成产物及二加成产物,而此前报道的Sc3N@C80通过该Diels-Alder反应只生成了一种[5,6]单加成产物。这表明在该反应中,相比Sc3N@C80,Lu3N@C80具有更高的反应活性。该研究结果显示了内嵌原子簇的大小对内嵌原子簇富勒烯的化学反应性的重要影响。3.报道了一种内嵌原子簇富勒烯的氧化物Lu3N@C80O的合成。据我们所知,Lu3N@C80O是首个报道的内嵌原子簇富勒烯的氧化物。对该反应进行了光化学反应法和热力学反应法的研究并对Lu3N@C80O进行了质谱,紫外可见近红外吸收光谱,红外光谱及电化学性质的研究。红外光谱显示,氧原子可能桥接于碳笼上。紫外可见近红外吸收光谱和电化学研究结果表明,单个氧原子的引入对其紫外可见近红外吸收光谱影响较小但其电化学行为发生了显著变化。
【关键词】：富勒烯 内嵌原子簇富勒烯 结构表征 化学反应性
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71
【目录】：

• 摘要4-6
• 英文摘要6-12
• 第一章 绪论12-44
• 1.1 引言12-13
• 1.2 内嵌金属富勒烯的分类13-23
• 1.2.1 经典的内嵌金属富勒烯14-17
• 1.2.1.1 单金属富勒烯14-15
• 1.2.1.2 双金属富勒烯15-16
• 1.2.1.3 三金属富勒烯16-17
• 1.2.2 内嵌原子簇富勒烯17-23
• 1.2.2.1 内嵌金属氮化物原子簇富勒烯17-18
• 1.2.2.2 内嵌金属氰化物原子簇富勒烯18-19
• 1.2.2.3 内嵌金属碳化物原子簇富勒烯19-20
• 1.2.2.4 内嵌金属氧化物原子簇富勒烯20-21
• 1.2.2.5 内嵌金属碳氢化合物原子簇富勒烯21-22
• 1.2.2.6 内嵌金属硫化物原子簇富勒烯22-23
• 1.3 内嵌金属富勒烯的笼外化学修饰23-31
• 1.3.1 内嵌金属富勒烯的硅烷化反应23-24
• 1.3.2 内嵌金属富勒烯的卡宾反应24-25
• 1.3.3 内嵌金属富勒烯的自由基加成反应25-26
• 1.3.4 内嵌金属富勒烯的Diels-Alder加成反应26-28
• 1.3.5 内嵌金属富勒烯的 1,3-偶极子加成反应28-29
• 1.3.6 内嵌金属富勒烯的Bingel-Hirsch反应29-31
• 1.4 内嵌金属富勒烯的应用31-33
• 1.4.1 内嵌金属富勒烯在光电器件方面的应用31-32
• 1.4.2 内嵌金属富勒烯在电子学方面的应用32
• 1.4.3 内嵌金属富勒烯在生物医学方面的应用32-33
• 1.5 论文的研究内容与意义33-36
• 参考文献36-44
• 第二章 实验药品与材料表征方法44-52
• 2.1 实验设备44-45
• 2.2 实验试剂45-46
• 2.3 实验中常用的测试手段46-51
• 2.3.1 高效液相色谱分析（HPLC）46-47
• 2.3.2 基质辅助激光解析飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）47
• 2.3.3 紫外可见近红外吸收光谱（UV-Vis-NIR）47-48
• 2.3.4 循环伏安法（CV）48-49
• 2.3.5 单晶X射线衍射（XRD）49-51
• 参考文献51-52
• 第三章 内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的制备与Sc2O@C76 的分离及表征52-78
• 3.1 引言52-53
• 3.2 实验过程53-61
• 3.2.1 内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的制备53-58
• 3.2.1.1 制备阳极石墨棒53
• 3.2.1.2 煅烧阳极石墨棒53-54
• 3.2.1.3 电弧放电法合成内嵌金属氧化物原子簇富勒烯54-58
• 3.2.1.3.1 乙醇做氧源制备内嵌金属氧化物原子簇富勒烯55-56
• 3.2.1.3.2 水做氧源制备内嵌金属氧化物原子簇富勒烯56-57
• 3.2.1.3.3 二氧化碳做氧源制备内嵌金属氧化物原子簇富勒烯57-58
• 3.2.2 内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的提取58-59
• 3.2.3 内嵌金属氧化物原子簇富勒烯的分离59-61
• 3.3 结果与讨论61-73
• 3.3.1 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的单晶X射线衍射结果61-63
• 3.3.2 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的理论计算63-67
• 3.3.3 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的紫外可见近红外吸收光谱及45Sc NMR67-70
• 3.3.4 Sc_2O@Td(19151)-C_(76) 的电化学性质的研究70-71
• 3.3.5 外接碳笼对内嵌氧化物原子簇的影响71-73
• 3.4 本章小结73-75
• 参考文献75-78
• 第四章 内嵌原子簇富勒烯化学反应性的研究78-91
• 4.1 引言78-79
• 4.2 实验部分79-86
• 4.2.1 Lu_3N@C_(80) 单加成产物的合成，分离及质谱表征79-82
• 4.2.2 Lu_3N@C_(80) 单加成产物的氧化物的合成，分离及质谱表征82-84
• 4.2.3 Lu_3N@C_(80) 的二加成产物的合成及质谱表征84-86
• 4.3 结果与讨论86-89
• 4.3.1 Lu_3N@C_(80) 单加成产物及其氧化物的紫外可见近红外吸收光谱86-87
• 4.3.2 Lu_3N@C_(80) 单加成产物及其氧化物的电化学性质的研究87-89
• 4.4 本章小结89-90
• 参考文献90-91
• 第五章 内嵌原子簇富勒烯氧化物Lu_3N@C_(80)O的制备及表征91-100
• 5.1 引言91-92
• 5.2 实验部分92-95
• 5.2.1 Lu_3N@C_(80)O的光化学合成92-93
• 5.2.2 Lu_3N@C_(80)O的热力学合成93-95
• 5.3 结果与讨论95-97
• 5.3.1 Lu_3N@C_(80)O的紫外可见近红外吸收光谱95
• 5.3.2 Lu_3N@C_(80)O的红外光谱95-96
• 5.3.3 Lu_3N@C_(80)O的电化学性质的研究96-97
• 5.4 本章小结97-99
• 参考文献99-100
• 第六章 结论与展望100-103
• 6.1 结论100-102
• 6.2 展望102-103
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文103-104
• 致谢104-105

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李玉良,刘辉彪,朱道本;富勒烯科学的若干研究进展[J];科技导报;2004年10期

2 邓顺柳;谭元植;谢素原;黄荣彬;郑兰荪;;富勒烯新结构的研究进展[J];厦门大学学报(自然科学版);2011年02期

3 蒋礼;王太山;舒春英;王春儒;;内嵌富勒烯的研究进展[J];中国科学:化学;2011年04期

4 韦禾;;英研制成新型富勒烯材料[J];科学;1993年05期

5 邱介山,王琳娜,周颖;由脱灰煤制备富勒烯[J];化工学报;2002年11期

6 柏冬;富勒烯化合物研究进展[J];枣庄师范专科学校学报;2004年02期

7 林洵;钱卓真;;富勒烯氯化碳簇制备方法研究进展[J];安徽化工;2009年02期

8 谭碧生;龙新平;彭汝芳;李鸿波;金波;楚士晋;;内嵌放射性金属同位素富勒烯的制备及生物学研究[J];材料导报;2011年09期

9 李玉增;富勒烯及其金属掺杂材料生产进展[J];稀有金属;1995年04期

10 何艳阳，张海燕;富勒烯碳笼材料的制备与研究[J];广东工学院学报;1996年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 王春儒;;打破富勒烯的独立五元环规则[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

2 王培杰;方炎;;富勒烯C_(60)、C_(70)分子在金纳米颗粒表面的吸附趋向的SERS以及群理论研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 华凌;新方法合成的富勒烯硬度超钻石[N];科技日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 任小元;富勒烯及其衍生物的理论与实验研究[D];浙江大学;2005年

2 许磊;大富勒烯结构与稳定性的理论研究[D];中国科学技术大学;2007年

3 廖照江;非经典C_（60）的捕获和富勒烯形成机理研究[D];厦门大学;2007年

4 袁勇波;原子小团簇激发态性质及掺杂富勒烯密度泛函计算研究[D];南京理工大学;2007年

5 崔雯;新型富勒烯掺杂复合材料的合成及其高压相变研究[D];吉林大学;2014年

6 岳锌;原子与富勒烯笼的相互作用的第一性原理研究[D];大连理工大学;2007年

7 陈晨;基于富勒烯、卟啉和咔咯的新颖二元体系的构筑及性质研究[D];南开大学;2013年

8 杨华;钆碳化物金属富勒烯Gd_2C_2＠C_（92）和小碳纳米管C_（90）[D];浙江大学;2009年

9 唐树伟;Non-IPR富勒烯（＜C_（70））衍生物的化学稳定性，电子结构和光学性质的理论研究[D];东北师范大学;2011年

10 吴惠霞;用自由基反应对富勒烯及碳纳米管的高分子化学修饰[D];复旦大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨婷;内嵌原子簇富勒烯的制备,结构表征及化学反应性的研究[D];苏州大学;2015年

2 朱峰;微环境影响的富勒烯电弧合成[D];厦门大学;2009年

3 韩晓晨;金属富勒烯合成及提取方法的研究[D];东北大学;2008年

4 徐莉;内嵌金属富勒烯的计算研究[D];西南大学;2012年

5 李慧;内嵌金属富勒烯的分离、反应及性质研究[D];黑龙江大学;2013年

6 杜爱兵;煤基纳米洋葱状富勒烯的制备研究[D];太原理工大学;2005年

7 蔺娴;纳米洋葱状富勒烯的制备及其表面化学修饰的研究[D];太原理工大学;2007年

8 季常青;掺杂碳簇的合成及色谱分析[D];厦门大学;2007年

9 李运良;富勒烯修饰双分子层脂膜分子器件光电了与光谱学特性研究[D];首都师范大学;2000年

10 徐赛轶;富勒烯C_n（n=20，24，28，32，36，40）的BN取代物芳香性和Yb在C_（74）笼内的运动特征研究[D];大连理工大学;2006年

  本文关键词：内嵌原子簇富勒烯的制备,结构表征及化学反应性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：270768