卟啉—石墨烯非共价复合材料的制备及性质测定

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最近,大量的研究工作一直致力于研究一个原子稀薄,包含SP2的杂交碳的同素异形体-石墨烯,由其特殊的二维结构,表现出显著的电子传导性和机械性能。从理论上说,其他的碳同素异形体的分子可以由石墨烯建立。例如,它可以被堆积形成三维的石墨,卷起形成一维碳纳米管,包裹形成0维富勒烯。通常情况下,石墨氧化物(GO),可以很容易地存放在不同的基板生产连续薄膜的透明导体,光电器件,传感器,这可以形成稳定的水分散体系的GO。许多由共价键修饰的氧化石墨烯复合材料,由于其修饰基团的特殊性质,已经被制备并利用这些特殊性质制备成特殊的材料。这种被改良修饰的氧化石墨烯也可以制备成优秀的光电转换材料-有机染料太阳能电池中电子的接受体,正是利用其特殊的结构及良好的导电性能。其中最吸引我们的是用非共价键修饰的氧化石墨烯材料,用大平面的有机分子通过非共价相互作用(π-π;堆积作用,范德华力或者静电相互作用)来修饰氧化石墨烯所制备的的材料在光电转换方面到底会表现出怎样的性质。另外,由于卟啉的LUMO(最低空轨道)和HOMO(最高占据轨道)间的能极差和在Soret-带(400-450nm)及在Q-带(500-700nm)极强的可见光吸收,卟啉及卟啉衍生物相比于其他的有机染料分子更有优势。而且对于光的稳定性决定了卟啉作为光电转换材料具有极大的优势。更令我们关注的是,这种大平面的卟啉分子通过简单的非共价作用修饰于氧化石墨烯表面,制备成的复合材料会表现出怎样的光电转换性质。但由于卟啉分子本身与氧化石墨烯通过π-π相互作用力较弱,无法制备成稳定的复合材料,阻碍了其性质的检测。我们设计合成了一种卟啉的衍生物与氧化石墨烯的复合材料,卟啉分子由于非共价相互作用附着在氧化石墨烯表面。在卟啉分子上增加四个芘集团增加与氧化石墨烯表面的非共价相互作用,使卟啉分子通过π-π相互作用堆积在氧化石墨烯的表面。我们使用原子力显微镜,傅里叶红外光谱,紫外可见光谱,拉曼光谱等检测手段证明卟啉分子通过非共价相互作用堆积在单层氧化石墨烯分子表面。并通过荧光光谱揭示卟啉氧化石墨烯表面电子结构;通过荧光淬灭现象推测给体-接受体的电子传递机理,并检测了光电流大小,证明卟啉氧化石墨烯复合材料有光电转换的潜在应用。
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