论文摘要
小分子有机化合物能够与水和各种有机溶剂形成凝胶,这种能力已经得到了广泛的关注。一般来说,凝胶的形成是一个通过纤维缠绕而形成三维凝胶网络的过程,而凝胶纤维则是依靠凝胶剂分子间定向的相互作用,比如分子间氢键,π-π相互作用和静电等自组装形成的。目前,研究工作者已经成功的将不同的基团引入到有机小分子凝胶剂中使其功能化,从而使凝胶体系在传感、材料模板、太阳能电池以及药物传输与释放等领域具有重要的应用前景。本论文旨在构建具有光致电子转移性质的杂化π-凝胶,首先设计并合成了两个具有电子给予能力的π-共轭有机凝胶剂,研究了它们的凝胶性质。随后把它们与具有电子接受能力的C60、石墨烯以及碳纳米管混合组成了具有光致电子转移特性的杂化π-凝胶,并研究了它们在凝胶相中电子转移特性,以及在薄膜状态下的光生电流特性。最终我们获得了具有电子转移特性的杂化凝胶,并取得了以下成果：1.我们设计并合成了一种以谷氨酰胺为基础的、含苯并咪唑的π-共轭有机凝胶分子1,研究了它在有机溶剂中的凝胶能力,发现它在邻二氯苯中能形成稳定凝胶,并且芳香基团在一维方向上能形成紧密的堆积。当此凝胶与含羧基头的C60COOH形成氢键复合凝胶时,凝胶剂1的荧光被淬灭,说明在光照下发生了从1到C60COOH的电子转移。XRD、红外、紫外吸收光谱证明C60COOH的加入并没有破坏芳香基团原有的一维紧密堆积,同时C60COO之间也形成了一维的紧密堆积。当把此复合凝胶在导电玻璃上制成薄膜时,我们发现复合凝胶薄膜在光照下具有明显的光生电流,而在暗处电流非常小,具有很大的开关比。最后还发现此光生电流比1和C60形成的物理混合凝胶薄膜的光电流要大得多,说明了形成电子给受体独立的一维密堆积是获得高光生电流的重要手段。2.设计并合成了以叔丁基咔唑为基础的凝胶剂A,发现它在环己烷,正己烷以及石油醚中能形成稳定的凝胶,各种光谱的测试结果说明在环己烷凝胶相中分子形成了双分子的层状堆积,并且分子中的咔唑基团在凝胶相中形成了一维的堆积。当将此凝胶与作为能量受体的C60、碳纳米管和石墨烯混合形成杂化凝胶时,发现凝胶体系在有机溶剂中形成凝胶的能力并无明显的变化。荧光光谱证明C60、碳纳米管和石墨烯的加入都使凝胶体系的荧光强度在一定程度上都有所降低,说明在光照下也发生凝胶剂到C60、碳纳米管和石墨烯之间的电子转移。最后,我们还发现此类凝胶薄膜也具有光生电流特性。