共价有机聚合物材料荧光传感性能研究

作     者：桑楠楠 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹达鹏

授予年度：2015年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 070302[理学-分析化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：COP材料 荧光传感 金属离子 硝基芳香爆炸物 官能团 

摘      要：随着时间的推移,金属有机框架材料(Metal organic framework, MOF)和共价有机多孔材料(Covalent organic material, COM)的研究越来越被重视,它们已经被广泛的应用到储氢、吸附分离、催化剂、荧光传感等领域,但MOF材料和COM材料的荧光传感性能存在选择性或灵敏度不是很高的问题。本文制备出的四种共价有机聚合物材料(Covalent organic polymer,COP),它们不仅具有良好的水热稳定性,而且其结构中含有大量共轭体系,具有良好的荧光传感性能,因此可以被用作荧光传感材料。本文的主要内容有：(1)通过Ni(0)催化的Yamamoto-type Ullmann偶联反应合成出四种COP材料(COP-401, COP-405, COP-301, COP-305),并对材料进行了一系列的表征,傅里叶红外表征和有机元素分析结果表明Yamamoto-type Ullmann偶联反应已成功进行;热重分析结果显示制备出的COP材料具有很好的热稳定性;COP材料的形貌特征可以由扫描电子显微镜结果清晰看出,其中COP-401和COP-305呈中空的管状结构,COP-405和COP-301呈圆片状。荧光光谱分析表明四种COP材料都具有较好的荧光强度,而且其荧光强度远远高于它的有机配体。(2)用制备出的四种COP材料荧光传感检测不同的金属离子(Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Mg2+、Pb2+、Cd2+),结果显示四种COP材料在不同金属离子的影响下表现出的荧光强度不同,其中Fe3+对四种COP材料的荧光淬灭作用最明显。而且Fe3+浓度的不同对四种COP材料的荧光强度的影响会有所不同,COP材料的荧光淬灭程度随着Fe3+浓度的增加而增强。四种COP材料的荧光强度受阴离子(SO42-, F-, NO3-, S2-, CO32-)的影响较小。更深的研究发现四种COP材料的荧光强度与其溶剂有关,处于不同的有机溶剂(DMF, DMAC, THF, CHC13, Toluene, Acetone, EtOH, MeOH)中的COP材料的荧光强度不同。(3)用COP材料荧光传感检测硝基芳香爆炸物的结果表明：研究的几种硝基芳香爆炸物都会使COP材料产生荧光淬灭,但是淬灭效果不一样。其中PA对四种COP材料的荧光淬灭作用最明显,而且COP-401和COP-301荧光传感检测PA具有很高的选择性和灵敏度。(4)在COP-401 (TBT+DB)的基础上接入不同的官能团,制备出带有官能团的COP材料(TBT+DB-COOH, TBT+DB-CHO, TBT+DB-SOC1, TBT+DB-NH2, TBT+DB-NO2, TBT+DB-N, TBT+DB-OH),它们的荧光强度都发生了变化。用接入官能团的COP材料荧光传感检测金属离子(Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Cr3+、Mg2+、Pb26、Cd2+),结果显示接入官能团后的COP材料荧光传感检测Fe3+的效果更明显。