功能化聚苯乙炔的合成及其与碳纳米管的复合

论文摘要

功能化是聚炔研究领域发展的主流,具有发光、荧光图案化、光导、光学限制、液晶性、细胞相容性、手性传递与放大、气体分离等功能的聚炔被设计合成出来。本课题组在用聚苯乙炔增溶碳纳米管（CNTs）方面开展了系统的研究工作,在国内外产生了一定影响。考虑到CNTs独特的纳米结构和新颖的光电与机械性能,而功能化聚炔在增溶CNTs的同时使CNTs表面功能化,这是一个可持续发展的重要研究方向。本文的基本研究思路是:设计合成一系列新型聚苯乙炔衍生物,制备这些聚苯乙炔衍生物与CNTs的复合材料,考察这些聚苯乙炔衍生物增溶CNTs的能力,进一步阐明增溶机理,并探索这些复合材料的潜在应用。选择适当的间隔基团,把多种功能基元连接到聚苯乙炔侧链,获得了一系列功能化聚炔,这些功能基元包括:三苯胺（P1）、醛基取代的三苯胺（P2）、乙烯桥联的三苯胺（P3）、咔唑（P4）、芴（P5）、D-葡萄糖（P6）、D-甘露糖（P7）、D-半乳糖（P8）。利用GPC、FTIR、1H NMR 13C NMR、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等手段对其结构进行了明确的表征。在此基础上,采用溶液共混（P1～P5）和原位聚合方法（P6～P8）制备了聚苯乙炔衍生物与CNTs复合物,定量地测试了这些复合物中CNTs的含量,通过光谱学技术（NMR、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱、圆二色性谱）和形态表征技术相结合的方法研究了复合物的结构以及聚炔与CNTs之间的相互作用。在若干聚苯乙炔衍生物中,发现P3表现出对CNTs异常大的增溶能力。在综合考察电子结构、溶致变色性能的基础上,提出了三苯胺基团—CNTs之间的给—受体（D—A）相互作用是导致这种现象的原因的论断。通过聚炔的结构设计（P4、P5）,排除了功能基元拓扑结构差别的影响因素,进一步实验证实D—A相互作用在增溶CNTs中发挥的关键效应。这是继π-π相互作用、亲疏水相互作用、静电排斥作用之后被发现的一种新的CNTs增溶机制。P6～P8具有良好的水溶性和细胞相容性,在CNTs存在下原位聚合可得到P6～P8/CNTs复合物,这些复合物保持了P6～P8良好的水溶性和细胞相容性。将这些复合物与壳聚糖（CS）溶液共混后制备成的CS棒材力学性能有明显提高。力学测试表明:与纯CS棒材相比,添加了P6～P8/CNTs复合物的CS棒材的弯曲强度提高18.5～30%,弯曲模量提高39～46%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 引言——炔类聚合物的研究进展
• 2 功能化炔类聚合物的性能概述
• 2.1 电导性
• 2.2 液晶性
• 2.3 发光性
• 2.4 荧光检测
• 2.5 螺旋性
• 2.6 荧光图案化
• 2.7 生物活性
• 3 碳纳米管及其应用概述
• 3.1 碳纳米管的结构和性质
• 3.2 碳纳米管的分散
• 3.3 碳纳米管的应用
• 4 聚炔与CNTs的杂化
• 5 课题的提出
• 参考文献
• 第二章 带三苯胺侧基的功能化聚炔:聚合物的合成及其与多壁碳纳米管的复合
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 单体制备
• 2.4 聚合物的合成
• 2.5 聚合物/碳纳米管杂化物制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 聚合物的合成
• 3.2 结构表征
• 3.3 聚合物的光学性质
• 3.4 聚合物与MWNTs的杂化
• 3.5 杂化物的光学性质
• 3.6 氧化还原活性
• 3.7 光电导性能
• 4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 带咔唑和芴基的聚苯乙炔:聚合物的合成及其与MWNTS给-受体相互作用的评价
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 单体制备
• 2.4 聚合物的合成
• 2.5 聚合物/碳纳米管杂化物制备
• 2.6 电化学测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 聚合物的合成
• 3.2 结构表征
• 3.3 聚合物与MWNTs的杂化
• 3.4 溶致变色和氧化还原活性
• 4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 带糖基的聚炔衍生物:聚合物合成、与MWNTS的复合及其对壳聚糖棒材的增强作用
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 单体制备
• 2.4 聚合物的合成
• 2.5 聚合物/碳纳米管杂化物制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 聚合物的合成
• 3.2 结构表征
• 3.3 聚合物与MWNTs的杂化
• 1H NMR、Raman、CD和TGA研究聚合物与MWNTs的杂化物'>3.4 用¹H NMR、Raman、CD和TGA研究聚合物与MWNTs的杂化物
• 3.6 增强壳聚糖（CS）
• 4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 附录
• 致谢