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硬模板法合成具有光学活性的手性无机纳米材料

硬模板法合成具有光学活性的手性无机纳米材料

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作者：王翠上海交通大学

学位级别：硕士

手性是一种广泛存在于自然界中的结构,是自然界的基本属性之一。人们通过模仿自然界合成了一系列具有手性结构的有机功能材料,并对手性形成机理及其独特性能进行了深入研究。由于无机材料具有独特的物理化学性质,所以对于手性无机纳米... 详细信息

手性是一种广泛存在于自然界中的结构,是自然界的基本属性之一。人们通过模仿自然界合成了一系列具有手性结构的有机功能材料,并对手性形成机理及其独特性能进行了深入研究。由于无机材料具有独特的物理化学性质,所以对于手性无机纳米材料的开发和研究具有很重要的意义。本文通过硬模板法合成了具有光学活性的手性无机材料,并对其结构和光学活性产生机理进行了研究。在第一章绪论部分,对手性无机纳米材料的相关研究背景做了综述,阐述了手性无机材料光学活性不同的产生机理,手性无机材料的合成方法和应用前景,本课题的研究思路和研究意义。在第二章中,用已知的软模板法合成双股螺旋排列的手性聚吡咯和手性碳纳米管,并对其结构和光学活性进行了探讨。本章以长链氨基酸衍生物的自组装体为软模板,诱导吡咯在其周围聚合形成成了双股螺旋结构的手性聚吡咯纳米管,并通过焙烧得到手性碳纳米管。通过电子相关圆二色光谱的测定,发现手性聚吡咯和手性碳纳米管都具有基于电子跃迁吸收的光学活性。根据实验结果和已有的理论,提出手性聚吡咯管上的吡咯发色基团和手性碳纳米管上碳结构的螺旋排列,使它们的电子激发态在整个手性组装体上离域,从而对不同手性的圆偏振光选择性吸收,最终产生基于电子跃迁吸收的光学活性。在第三章中,通过硬模板法合成手性碳硫化锌纳米复合材料,并对其光学活性进行了探讨。本章以焙烧手性聚吡咯后得到的手性碳纳米管为硬模板,通过在其表面粘附十二烷基磺酸钠,使碳纳米管在水溶液中浸润,锌离子和硫离子通过静电引力作用在碳纳米管表面生成手性硫化锌碳纳米复合材料。该手性纳米材料在紫外区200-335nm产生了基于电子跃迁吸收的光学活性。根据实验结果并结合其电子跃迁吸收光学活性的机理,认为由于硫化锌拷贝了手性碳纳米管的手性螺旋结构,对左右圆偏振光产生了选择性吸收从而产生了基于电子跃迁吸收的光学活性。在第四章中,通过硬模板法合成了手性介孔TiO纳米纤维并对其结构和光学活性进行了探讨。本章以手性聚吡咯和手性碳纳米管为硬模板剂,在其表面进行TiO的同轴生长,得到的了手性的TiO。同时发现焙烧除去模板剂后,不仅保留了模板剂原来存在的轴向孔道,且焙烧后TiO纳米晶堆积排列产生了介孔孔道。该硬模板法合成手性TiO在330-350 nm区域有基于电子跃迁吸收的光学活性。通过已有的理论结合实验结果,认为TiO作为半导体,它的纳米颗粒的尺寸和距离小于材料的激子半径,从而在整个几何体上离域形成了一个螺旋形的结构,对左右圆偏振光具有选择性的相互作用,从而产生了光学活性。在第五章中,总结全文的工作,归纳创新点,并提出了后续的研究工作。

关键词：手性光学活性硬模板手性硫化锌碳复合材料手性二氧化钛纳米纤维

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