光敏智能高分子材料的構(gòu)建及性能研究

1.8萬字 39頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘 要


介孔納米二氧化硅由于具有可調(diào)的孔徑、較大的比表面積和壁厚、良好的穩(wěn)定性和生物相容性等一系列優(yōu)點吸引了來自不同領域的科學家們的廣泛的研究熱潮。同時，介孔納米二氧化硅合成和結(jié)構(gòu)及其改性技術的多樣性和復雜性給進行此項研究的學者們留下了巨大的施展空間。
偶氮苯類化合物是一種橙紅色的菱形片狀晶體，常用作染料，是具有光活性的物質(zhì)，反式構(gòu)象較順式構(gòu)象穩(wěn)定，可以在紫外光（300-400nm）和可見光（藍光）的照射下進行可逆光致異構(gòu)化反應，或者通過加熱的方式實現(xiàn)由順式構(gòu)型到反式構(gòu)型的逆轉(zhuǎn)變。偶氮苯反式結(jié)構(gòu)的能量比順式結(jié)構(gòu)的能量大約低 50kJ/mol，光致異構(gòu)化反應的能壘大約為 200 kJ/mol。
本文主要研究了納米介孔二氧化硅和偶氮苯的結(jié)構(gòu)、形成、制備方法和應用。并研究了納米介孔二氧化硅和偶氮苯之間的結(jié)合和對光響應性之間的關系。本項目以高性能金屬納米粒子為催化活性物種，綜合光刺激響應有機超分子體系與介孔氧化硅無機多孔材料的各自優(yōu)勢，制備出一種既具有大比表面積和良好穩(wěn)定性，同時在接收外界光波刺激信號后，能夠自發(fā)做出對催化反應進行“開、關”控制響應性行為的智能納米反應器，實現(xiàn)對化學轉(zhuǎn)化的有效控制，并為其在高效智能催化和生物傳感等領域的實際應用打下堅實基礎。
為實現(xiàn)利用光波信號來控制催化反應進行與停止的目的，我們將偶氮苯與環(huán)糊精超分子復合體系引入介孔氧化硅表面，利用偶氮苯與環(huán)糊精在不同波長光波照射下的可逆復合/解離過程，構(gòu)建出一種帶有光控分子開關的智能納米反應器：當環(huán)糊精與偶氮苯形成復合結(jié)構(gòu)時，介孔二氧化硅納米孔道表面被環(huán)糊精分子覆蓋，溶液中的反應物無法進入孔道與金屬納米粒子催化劑接觸，化學反應不能進行；當體系受到外界330nm光波照射后，偶氮苯基團從反式異構(gòu)為順式，與環(huán)糊精空腔解除復合，此時介孔二氧化硅納米孔道入口暴露在溶液中，反應物可順利進入孔道，在金屬納米粒子的催化作用下進行化學轉(zhuǎn)化過程；而當體系再受到430nm光波照射時，偶氮苯基團異構(gòu)為反式構(gòu)型，介孔二氧化硅納米孔道被環(huán)糊精分子重新封閉，化學反應停止。因此，在外界不同波長光波照射下，利用這一環(huán)糊精分子開關，可方便的對介孔氧化硅納米孔道進行 “封閉/開啟”的響應性操作從而實現(xiàn)對催化化學反應進行與停止的“開、關”控制。


關鍵詞：氧化硅 環(huán)糊精 偶氮苯 納米 金屬粒子 反應器