论文摘要
本文报告碳原子线（Carbon Atom Wires，简写为CAWs）的自组装有序排列。利用红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）对碳原子线的巯基化合成产物进行表征；通过扫描隧道显微镜（STM）、电化学石英晶体微天平（EQCM）和电化学方法现场表征了碳原子线在金（111）面上的动态组装过程；通过循环伏安法、高分辨透射电镜（HRTEM）、电子能量损失谱（EELS）、接触角等方法研究了自组装碳原子线膜的性质和应用前景。以经浓HNO3处理的碳原子线上的羧基为起始基团，与带胺基的硫醇，如2-巯基乙胺发生缩合反应，通过生成酰胺而在碳原子线上引入巯基，使得碳原子线巯基化。我们对反应前后的碳原子线粉体进行了红外和拉曼表征，并借助红外手段研究了反应时间、反应温度和溶剂量对反应的影响，获得了最佳制备条件。而碳原子线本身特有的sp杂化成键的结构特征在上述缩合反应前后并未发生可察觉的变化。通过扫描隧道显微镜（STM）现场研究，我们清楚地观测到巯基化碳原子线在组装初期，由于金表面存在较多空位，因此碳原子线分子平躺在金表面；随着组装过程的继续，被吸附的碳原子线越来越多，金表面的空位越来越少，致使组装分子被迫在金表面站立起来，从而生成最紧密排列的自组装单分子膜。通过研究探针分子Fe（CN）63-的电化学行为和组装单分子膜的微电容变化，表征巯基化碳原子线在金电极表面自组装的动态过程：前期的快速组装阶段和后期的自组装膜有序结构的自我完善阶段。利用EQCM现场研究了电极电位对巯基化碳原子线组装过程的影响。正移电极电位能加快组装过程的实验结果。揭示了巯基化碳原子线上的硫原子的电子云密度较高的事实。根据Sauerbrey方程定量得到开路电位下在单位面积金电极表面所组装的巯基化碳原子线的质量为621ng·cm-2。电化学性能测试和高分辨透射电镜的形貌观测表明，自组装碳原子线膜完整、致密、稳定。电子能量损失谱（EELS）和Raman光谱的实验结果表明，通过自组装这一方法不仅可以使碳原子线有序化，而且也起到了提纯和富集作用。电化学实验和接触角测量表明，运用化学、电化学方法可以使得碳原子线的碳链末端连接不同的官能团，从而组装成具有不同表面性能的有序单分子膜，显示出有序碳原子线的广阔应用前景。