导电共轭聚合物的合成及其应用

发布时间：2017-09-15 01:12

  本文关键词：导电共轭聚合物的合成及其应用

  更多相关文章： 导电共轭聚合物 石墨烯 对苯二酚 邻苯二酚 牛血清白蛋白

【摘要】：导电共轭聚合物是一类具有π电子离域结构的有机半导体材料。由于具有优异的机械以及光电性能,得到了许多研究者的关注。目前常见的导电聚合物包括:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩。这些材料不仅具有共轭的主链结构,还具有可修饰的侧链基团。通过侧链基团的功能化修饰以及与其它一些导电材料的结合,可以大幅度提高这类材料物理化学性能,拓展其应用范围。目前,导电共轭聚合物主要应用于以下领域:传感器、生物医学、金属防腐、光催化等。所以,探讨新的导电共轭聚合物的合成以及应用具有很重要的意义。本文合成了聚溴代-N-十六烷基吡啶炔丙醇(聚合物标记为Pp-16,单体标记为p-16)。研究了Pp-16/RGO与Pp-16/GO复合材料的导电性能,并用Pp-16/RGO作为电极材料用于同时检测对苯二酚(HQ)和邻苯二酚(CC);此外,由于Pp-16的侧链基团带有正电荷,是一种聚阳离子表面活性剂,鉴于阳离子表面活性剂在消毒杀菌领域的重要作用,所以还对比研究了Pp-16和p-16与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。具体内容如下:以Pd-C为催化剂,由p-16聚合得到了Pp-16。用GPC、FT-IR、1H NMR、13C NMR、2D HMBC NMR对Pp-16进行结构表征。GPC测试结果表明Pp-16的重均分子量为8350,聚合度为18,PDI为1.31。从红外光谱分析可知,与单体p-16相比,Pp-16不存在三键特征吸收峰,说明单体发生了聚合;此外,核磁谱图中Pp-16的氢谱峰明显变宽,碳谱中不存在炔碳,以及二维核磁谱图中,炔碳与亚甲基的相关交叉点的消失,进一步证明了单体发生了聚合。量子化学计算表明,与cis-Pp-16-4相比,trans-Pp-16-4具有较低的总能量以及较高的能隙,说明在Pp-16中反式构型占有优势。cis-Pp-16-4的C=C骨架可能呈线型构象,而trans-Pp-16-4的C=C骨架呈现顺反构象,即螺旋形构象,减少大的烷基吡啶基团在分子内的空间拥挤和形成分子内氢键是导致螺旋形构象形成的驱动力。Pp-16的SEM图像显示,Pp-16呈纳米条状的结构,其直径在600 nm左右。与此同时,在Pp-16/RGO与Pp-16/GO的复合材料中,也观察到了RGO和GO包裹的条状结构。此外,含量仅为2.4%的RGO和5.1%的GO就可以将Pp-16(5.13×10-6 S cm-1)的电导率分别提高到0.057 S cm-1、0.005 S cm-1,分别提高了4和3个数量级。Pp-16/RGO的导电性能明显比Pp-16/GO更好。从循环伏安法分析可知,以Pp-16/RGO和Pp-16/GO作为修饰电极材料都能使得Fe2+/3+的氧化还原峰电流增强。但是,与Pp-16/GO相比,Pp-16/RGO使得氧化还原峰电流增加的更多。当RGO的含量为2.4%时,氧化峰电流为30.17μA;而当GO的含量为5.10%时,氧化峰电流为23.66μA。此外,EIS实验说明,在Pp-16/RGO/GCE修饰电极上,界面电荷的转移阻抗最小。这些现象说明Pp-16/RGO具有更好的导电性能。相比于裸玻碳电极,Pp-16/RGO/GCE修饰电极可以使得HQ和CC的氧化峰明显分开,两者之间的氧化峰电位差为110 mV,并且可以明显提高两者的氧化还原峰电流。对HQ的最低检测限为0.04μM,对CC的最低检测限为0.24μM。pH对修饰电极有一定的影响,当pH从5.0增加到8.0时,峰电流先逐渐增大,后降低。当pH=7时,达到最大。电流与扫速的二次方根成正比,说明HQ和CC在电极表面的氧化还原反应受吸附过程控制。对比研究了共轭聚合物Pp-16和单体与BSA的相互作用的区别。(1)紫外光谱表明,一个聚合物分子可以结合2-3个BSA分子,而一个单体分子只能结合1个BSA分子。此外,聚合物与BSA的结合更稳定。(2)荧光光谱表明Pp-16和p-16可以使BSA的内源荧光发生猝灭,其机理为静态猝灭。热力学数据表明,Pp-16/p-16通过范德华力和氢键与BSA相结合。对比结合常数可知,Pp-16与BSA的结合更稳定。(3)红外差谱表明,Pp-16和p-16都能改变BSA的二级结构,使得α-螺旋结构的含量降低。但Pp-16对蛋白质的影响更大,α-螺旋结构的含量降低的更加明显。(4)通过能量转移理论,计算了Pp-16/p-16与BSA的结合距离和结合能量。当表面活性剂的浓度与BSA的比例为1:1时,p-16与BSA的结合距离为2.96 nm,而Pp-16为2.01 nm。说明Pp-16比p-16与BSA的结合更加紧密。(5)同步荧光表明Pp-16与p-16分别使得络氨酸以及色氨酸的周围的微环境发生了变化。Pp-16使得络氨酸周围的极性增强了,而p-16使得色氨酸周围的疏水性增加了。(6)Pp-16和p-16与BSA的结合位置不同,Pp-16与BSA的结合位点在BSA的亚域ⅠA的位置,而p-16与BSA的结合位点在BSA的亚域ⅡA的位置。
【关键词】：导电共轭聚合物 石墨烯 对苯二酚 邻苯二酚 牛血清白蛋白
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.2
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第1章 前言12-26
• 1.1 导电共轭聚合物的概述12-13
• 1.1.1 导电共轭聚合物的结构特征12
• 1.1.2 导电共轭聚合物的导电原理12-13
• 1.1.3 导电聚合物的分类13
• 1.2 导电共轭聚合物的合成方法13-17
• 1.2.1 化学合成14-15
• 1.2.2 电化学合成15-16
• 1.2.3 分散法聚合16
• 1.2.4 胶束法聚合16-17
• 1.3 导电聚合物的掺杂17-18
• 1.4 导电共轭聚合物的表征手段18-20
• 1.4.1 紫外光谱18-19
• 1.4.2 红外光谱19
• 1.4.3 凝胶渗透色谱19
• 1.4.4 电导率19-20
• 1.4.5 透射电镜20
• 1.5 导电共轭聚合物的应用20-24
• 1.5.1 导电共轭聚合物在传感器领域的应用20-22
• 1.5.2 导电共轭聚合物在生物医药领域的应用22-24
• 1.6 本文选意义及研究内容24-26
• 1.6.1 研究意义和目的24
• 1.6.2 研究内容24-26
• 第2章 聚溴代-N-十六烷基吡啶炔丙醇的合成及其表征26-44
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-29
• 2.2.1 试剂与仪器27-28
• 2.2.2 单体的合成28
• 2.2.3 聚合物的制备28-29
• 2.2.4 量子化学计算方法29
• 2.3 结构表征29-43
• 2.3.1 聚合物分子量测定29-30
• 2.3.2 聚合物的红外光谱分析30-31
• 2.3.3 ~1H NMR、~(13)C NMR、2D HMBC NMR谱图分析31-34
• 2.3.4 热重分析34-35
• 2.3.5 量子化学计算分析35-43
• 2.4 小结43-44
• 第3章 RGO/GO负载的Pp-16复合物的导电性能的研究44-55
• 3.1 前言44
• 3.2 实验部分44-46
• 3.2.1 实验试剂与仪器44-45
• 3.2.2 Pp-16/GO和Pp-16/RGO的制备45-46
• 3.2.3 电导率的测定46
• 3.2.4 电化学实验46
• 3.3 结果与讨论46-54
• 3.3.1 红外光谱分析46-47
• 3.3.2 SEM分析47-48
• 3.3.3 Pp-16/GO和Pp-16/RGO的电导率48-49
• 3.3.4 循环伏安分析49-50
• 3.3.5 交流阻抗谱分析50-54
• 3.4 小结54-55
• 第4章 Pp-16/RGO修饰电极同时测定对苯二酚和邻苯二酚55-63
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-56
• 4.2.1 实验试剂与仪器55-56
• 4.2.2 Pp-16/RGO材料的制备56
• 4.2.3 修饰电极的制备56
• 4.2.4 电化学实验56
• 4.3 结果与讨论56-61
• 4.3.1 修饰电极的电化学行为56-57
• 4.3.2 pH对Pp-16/RGO/GCE修饰电极的影响57-58
• 4.3.3 扫速对Pp-16/RGO/GCE修饰电极的影响58-59
• 4.3.4 线性关系及检出限59-61
• 4.3.5 干扰实验61
• 4.3.6 稳定性和重现性61
• 4.4 小结61-63
• 第5章 Pp-16与BSA的相互作用63-85
• 5.1 引言63-64
• 5.2 实验部分64-66
• 5.2.1 实验试剂与仪器64
• 5.2.2 实验方法64-66
• 5.2.2.1 稳态荧光光谱实验64
• 5.2.2.2 紫外光谱实验64
• 5.2.2.3 同步荧光实验64-65
• 5.2.2.4 竞争实验65
• 5.2.2.5 红外光谱实验65
• 5.2.2.6 能量转移效率65
• 5.2.2.7 分子对接65-66
• 5.3 结果与讨论66-83
• 5.3.1 Pp-16/BSA和p-16/BSA复合物的形成66-69
• 5.3.2 Pp-16/p-16对于BSA结构的影响69-71
• 5.3.3 Pp-16/p-16对于BSA内源荧光的影响71-75
• 5.3.4 Pp-16/p-16与BSA结合的热力学参数75-76
• 5.3.5 Pp16/p-16与BSA的结合距离76-78
• 5.3.6 Pp-16/p-16与BSA的结合区域78-82
• 5.3.7 分子对接82-83
• 5.4 小结83-85
• 第六章 结论与创新点85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 创新点86-87
• 参考文献87-95
• 致谢95-98
• 在学期间的科研情况98

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘海鹏,曾繁涤,刘世俊;共轭聚合物的电致发光[J];武汉化工学院学报;2001年04期

2 朱小龙,梁会琴;计算线性共轭聚合物能谱的群论方法[J];洛阳师范学院学报;2005年02期

3 张璐;封伟;;树枝状共轭聚合物研究[J];化学进展;2007年Z1期

4 刘中义;李彦军;黄鹏程;;一种新型低带隙共轭聚合物的合成及其光学性质[J];化学学报;2008年08期

5 张子印;刘彩霞;宋微娜;殷德刚;司马义·努尔拉;;分子内电荷移动型共轭聚合物的固相法制备及表征[J];高分子材料科学与工程;2009年03期

6 支俊格;徐秀玲;申进波;赵玮;佟斌;董宇平;;荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用[J];化学进展;2009年04期

7 贺芳;王树;;基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测[J];化学进展;2009年11期

8 陈涛;徐慎刚;王艳荣;曹少魁;;含金属配合物的共轭聚合物研究进展[J];高分子通报;2010年02期

9 苗丽坤;刘兴奋;范曲立;黄维;;基于荧光共轭聚合物的金属离子检测[J];化学进展;2010年12期

10 徐巍栋;赖文勇;范曲立;黄维;;水溶性共轭聚合物研究与应用进展[J];中国科学:化学;2011年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄维;;水溶性共轭聚合物的合成及其在化学生物传感领域的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

2 区洁美;胡成龙;陈旭东;;表面增强荧光光谱研究共轭聚合物的发光及其影响机制[A];中国化学会第28届学术年会第18分会场摘要集[C];2012年

3 唐艳丽;曹阿丽;刘越;;共轭聚合物的设计合成及在酶检测、可控杀菌等方面的应用[A];第十三届全国光化学学术讨论会论文集[C];2013年

4 田文晶;李耀文;薛丽丽;李慧;李在房;;给受体共轭聚合物的能级、分子结构设计及其在光伏电池的应用[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

5 王树;;共轭聚合物的生物识别与传感研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

6 马於光;;共轭聚合物的物性放大效应[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

7 胡玉琴;肖毅;黄红梅;尹笃林;肖小明;;新型荧光共轭聚合物的合成及光学性能的研究[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年

8 陈仕艳;应燕君;王华平;;新型给受体结构的共轭聚合物的合成及光电性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

9 于宗强;袁柱良;谭松庭;;一种新型含芴和联苯共轭聚合物的合成与发光性能研究(英文)[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

10 路胜利;曹镛;;新型乙烯撑和乙炔撑给体与受体交替共轭聚合物的光伏性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙江曼;具有深HOMO能级的共轭聚合物的设计合成与光电性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 陈圳辉;基于含氧族杂原子的苯并二唑的D-A型共轭聚合物的合成与光电性能[D];华南理工大学;2015年

3 周常明;新型功能分子与组装单元的制备与组装[D];复旦大学;2013年

4 刘春晨;带有可热脱除侧链的共轭聚合物/小分子的设计、合成及性能研究[D];华南理工大学;2015年

5 郑超;共轭聚合物杂原子修饰、构象控制及光电性质的理论与实验研究[D];南京邮电大学;2014年

6 张余宝;含氯共轭聚合物及氮杂并苯类分子的合成与表征[D];华中科技大学;2015年

7 姚诗余;基于溶于绿色溶剂的共轭聚合物材料的太阳能电池研究[D];吉林大学;2016年

8 吴志鸿;新型共轭聚合物的设计与合成及其在聚合物太阳电池中的应用[D];华南理工大学;2016年

9 杲辰;基于六苯并晕苯的共轭聚合物的分子设计、合成及其光伏性能表征[D];北京化工大学;2016年

10 曾文南;聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究[D];华南理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 曾伟锋;共轭聚合物荧光传感器的合成与性能[D];华南理工大学;2015年

2 袁雪;含吩噻嗪、喹啉结构的共轭聚合物的合成与性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 杨晓磊;共轭聚合物分子的电子输运性质[D];河北师范大学;2015年

4 魏双花;D-A型共轭聚合物的取向调控[D];苏州大学;2015年

5 曾涔;近红外有机电致发光材料的合成与表征[D];郑州大学;2015年

6 罗联源;D-A型窄带隙共轭聚合物的合成及其光伏性能研究[D];福建师范大学;2015年

7 曾惠卷;基于苯并咪唑类铱配合物的共轭聚合物的制备与性能研究[D];福建师范大学;2015年

8 梁露英;基于噻吩并吡嗪的D-A共聚物的合成及光电性能研究[D];福建师范大学;2015年

9 孙晓环;两种新型寡聚苯乙炔衍生物设计合成、荧光行为与传感应用[D];陕西师范大学;2015年

10 汪纯;基于共轭聚合物的腺苷脱氨酶灵敏检测研究[D];陕西师范大学;2015年

，

本文编号：853422