氟硼二吡咯类共价有机聚合物的构筑及其性质研究

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共价有机聚合物(Covalent organic polymers,COPs)是一种由有机分子通过共价键连接而成的多孔材料。它具有分子单元可设计性、结构可调控性、合成方法多样性、可功能化修饰性以及良好稳定性等优点,在气体吸附储存、光电器件、催化应用、荧光探针等不同领域被大量研究。本课题利用溶剂热合成法,选用具有大π结构的光物理光化学性质稳定的荧光染料氟硼二吡咯(Boron dipyrromethene,BODIPY)作为构筑单元,分别与卟啉类分子和四苯基乙烯类分子通过共价键构筑成共价有机聚合物,并对聚合物的结构及光物理光化学性质进行研究。各章节主要内容如下:第一章分别从材料的设计理念、合成方法、表征手段及应用等方面,综述了共价有机聚合物的研究进展。同时对本课题选用的有机基元氟硼二吡咯、卟啉和四苯基乙烯进行简单介绍。第二章通过修饰氟硼二吡咯母体,合成出含有醛基的有机基元BDP,将其分别与四(4-酰肼羰基苯基)卟啉(THCPP)和四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)通过酰腙键和亚胺键连接构筑D-A型共价有机聚合物BTH和BTA。先对这两种聚合物材料进行基本的结构表征:固态核磁碳谱和红外光谱均显示反应物反应完全,合成出共价有机聚合物;X-射线衍射表明反应环境对材料结构影响很大,本实验并未获得有序结构的晶型材料。在结构表征的基础上,根据氮气等温吸脱附曲线计算出两种材料的比表面积;借助场发射扫描电镜和高分辨透射电镜观察材料的形貌和纳米级结构;由热重曲线分析聚合物具有良好的热稳定性。最后研究了聚合物的光物理光化学性质,研究表明由两种光敏剂构成的共价有机聚合物具有良好的光捕获能力和优异的光敏化产生单线态氧的能力。第三章继续采用溶剂热合成法,将带有醛基官能团的氟硼二吡咯分子BDP与四(4-氨基苯基)乙烯(TPE)通过亚胺键连接构筑成“4+2”型共价有机聚合物BTP。通过X-射线衍射、固态核磁、氮气吸脱附对材料进行基本的结构表征之后,我们通过热重分析研究发现由亚胺键连接的BTP表现出良好的热稳定性。光物理光化学研究表明:光敏剂BDP和具有聚集诱导发光性质的TPE共价形成的材料可以在较大波长范围内吸收光子;材料也具有光敏化产生单线态氧的能力,且材料不易降解,能够回收循环使用。
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