卟啉—氧化石墨烯纳米杂化光限幅功能材料的设计、制备及性能研究

发布时间：2020-03-22 07:37

【摘要】：二维碳材料石墨烯因其独特的力学、热学、光电和化学性质而在众多领域兴起了广泛的研究热潮,于此同时,人们也研究了石墨烯衍生物所带来的一些新的优异性能。氧化石墨烯与石墨烯类似,都是一类具有单层碳原子分布的二维材料,只是在其周围含有较多的含氧官能团(例如,羧基和羟基),这使得氧化石墨烯在溶剂中具有比石墨烯更好的分散性,这极大的拓展了石墨烯的应用。卟啉作为一种大π共轭的电子体系化合物,可以产生电子离域作用,而且卟啉环具有易于修饰的特点,因此卟啉类化合物长期以来表现出优异的非线性光学性能。通过卟啉类化合物共价功能化氧化石墨烯不但可以有效的改善氧化石墨烯在溶剂中分散性,还能够结合卟啉和氧化石墨烯两者本身的独特优势,从而制备出具有优异特殊性能的光电功能材料。本论文利用共价键连接氧化石墨烯与卟啉类化合物从而提高杂化材料的三阶非线性光学效应。主要研究成果如下:第二章通过亲核取代的方式对氧化石墨烯进行表面羧基化,制得了一种表面富含羧基的氧化石墨烯(GO-CH_2COOH),然后通过酯化反应将单羟基卟啉分别引入到GO-CH_2COOH和GO的表面,由此合成了两种不同共价连接方式的非线性光学材料GO-TPP和GO-CH_2COOTPP。然后通过多种表征方式,主要包括紫外-可见吸收光谱、傅里叶红外光谱、热重分析、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、荧光光谱等为两种杂化材料的成功合成提供依据。最后通过Z-扫描实验技术研究了材料在532 nm激发波长下的非线性光学性能,结果表明两种杂化材料均具有显著增强的反饱和吸收与非线性正折射,对比两种氧化石墨烯杂化材料,我们发现GO-CH_2COOTPP比GO-TPP具有更好的非线性光学响应。第三章通过席夫碱反应来构筑了两种四氨基卟啉有机共价聚合物COP-1、COP-2,通过共价连接的方式利用COP-1与COP-2对氧化石墨烯(GO)进行功能化,合成了两种纳米杂化功能材料GO-COP-1和GO-COP-2。通过一系列测试手段(紫外-可见吸收光谱、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱、扫描电镜、荧光光谱)对样品进行了结构、形貌与光谱分析。同时Z-扫描技术测试的结果表明合成的两种杂化材料均具有比卟啉有机共价聚合物单体和GO增强的非线性吸收,且含有羟基的卟啉有机聚合物增加的幅度更大。第四章主要论述了三种镧系金属(镧、钕、铕)卟啉(MTPP)与镧系金属卟啉-氧化石墨烯杂化材料的制备及结构学与光谱学性质的研究。我们通过傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱学等测试手段证明杂化材料的成功合成。研究结果表明,我们所制备的材料表现出一定的荧光猝灭效应,镧系金属卟啉与氧化石墨烯之间存在较强的电子与能量的转移作用。
【图文】：

四苯基卟啉,位点,卟啉

）与叶绿素（镁卟啉），血红蛋白存在血管的重要结构，而叶绿素则对光合作-碳原子将四个次甲基碳连接起来的具有吩具有芳香性，而连有取代基的卟吩即四苯基卟啉的结构示意图，，从图中我们：四个中位（meso）点和八个β位点，苯基所取代的一种结构高度对称的卟啉了广泛的改进，卟啉分子不仅可以改变吩环的大小也可以进行修饰，进而形成生物的结构多样而且易于修饰等特点，传感器、催化剂、光动力疗法，显色剂

示意图,石墨,示意图,研究者

hene)是一类紧密堆积的单层 sp2杂化碳原子组碳材料，其理论厚度仅为 0.344 nm，而且相邻的结构造成了石墨烯优异的力学性能与结构构图。2004 年英国科学家 Andre Geim 和 Ko出单层的石墨烯，从此便推翻了人们对于二维 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 也因这一。自此引发了众多研究者对与石墨烯材料的料便一直是研究者们工作的重心。由于特殊的在光、电、热、力学等领域引起了广泛关注，进而调节它的结构与性能，因此石墨烯迅速成石墨烯材料人们做了大量的研究工作，例如，剂、药物传递、超级电容器等方面的广泛应
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O437;TB34

【参考文献】