[毕业论文] 金属配合物凝胶的合成和相应微纳米结构的可控制备 [复制链接]

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毕业论文-金属配合物凝胶的合成和相应微纳米结构的可控制备，共76页，38916字

中文摘要

近年来，基于低分子量凝胶因子的超分子凝胶因其独特的刺激响应性和广阔

的应用前景受到了极大的关注。新型凝胶的制备和组装机理的研究、凝胶潜在功

能的开发和以凝胶为模板制备无机纳米材料等都是有意思的研究热点。目前，超

分子凝胶制备上主要利用的是氢键和分子堆积等非共价作用，而配位键这一在超

分子化学中同样重要的非共价作用，却直到近几年才被应用到超分子凝胶上。利

用配位作用得到的凝胶因其引入了金属离子而被称为金属凝胶（Metallogels）。金

属离子的引入给凝胶带来了不同寻常的性质，进一步开拓了超分子凝胶的应用范

围。

本论文中设计并合成了一种新的有机配体，带有一个烷基长链和一个螯合基

团。该配体自身可以在乙醇和水的混合溶剂中形成凝胶，同时它也可以和多种金

属离子（Co(II)、Ni(II)、Zn(II)、Cu(II)）通过配位作用在一定比例的乙醇和水的

混合溶剂中形成金属凝胶。利用扫描电镜分析发现不同金属离子形成的凝胶的微

观形态均不同。通过合成和表征具有确定结构的配体分子与 Cu(II)形成的配合物，

研究其结晶形貌，并与相应的凝胶表征结果比较，确定了金属凝胶的凝胶因子结

构。进一步研究了醇水比及温度的不同对配体分子和 Cu(II)混合体系中分子组装

的影响，推测了分子的自组装过程，可控地得到了具有不同微纳米结构的均一组

装形貌。此外，还初步探索了以这类体系中形成的特殊微观形貌为模板制备二氧

化硅微纳米结构的可能性。

关键词：超分子凝胶；配位作用；自组装

ABSTRACT

In recent years there has been immense interest in studying supramolecular gels

derived from low molecular mass gelators for their special stimuli-responsibility and

extensive application potentials. Research mainly focuses on preparation of new types

of gels and study of the mechanism of molecular self-assembly, exploration of their

potential functions, as well as fabrication of inorganic nanomaterials using gels as

templates. Nowadays hydrogen bonding and molecular stacking are widely used to

form supramolecular gels, while metal coordination, another major noncovalent

interaction in supramolecular chemistry, has been somewhat neglected until very

recently. Gels formed through coordination are termed as metallogels due to the

introduction of metal ions which brings in new properties to the gels, extending their

applications.

In this dissertation, a new organic ligand with a long chain alkyl and a chelating

group is synthesized. It can form gels not only by itself in the mixed solvent of ethanol

and water at certain ratio, but also via coordination with some metal ions such as

Co(II)、Ni(II)、Zn(II)、Cu(II). The gels induced by the metal ions display different

microstructures as observed by scanning electron microscopy (SEM). The molecular

structure of the gelator of metallogel is confirmed based on the comparison between

the defined complexes of the ligand and Cu(II) and the gel. Further investigation

reveals the influence of the ethanol/water ratio and temperature on the molecular

self-assembly of the system, which sheds some light on the mechanism as we have

speculated. Different micro/nano structures with high uniformity have thus been

controllably obtained. Furthermore, the possibility to fabricate silica micro/nano

structures templated from the assembled structures is explored.

Keywords：Supramolecular gels; coordination; self-assembly

目录

第 1 章

引 言 ....1

1.1 超分子凝胶 1

1.1.1 超分子凝胶简介 ...1

1.1.2 超分子凝胶常见驱动力 3

1.2 基于金属和配体之间配位作用的超分子凝胶 ...4

1.2.1 超分子金属凝胶的定义和分类 .....4

1.2.2 超分子金属凝胶的两种类型 .5

1.2.3 异常金属凝胶行为 ......13

1.2.4 超分子金属凝胶的模板合成应用 .......14

1.3 本文的研究内容 ......16

第 2 章 实验部分 ....17

2.1 主要原料 .17

2.2 实验过程 .17

2.2.1 配体分子 L 的合成 .....17

2.2.2 L 凝胶的制备 .......19

2.2.3 金属凝胶的制备 .19

2.2.4 L 与 Cu(II)的配合物的合成 .19

2.2.5 模板合成初步探索实验 ......20

2.3 主要测试仪器 ..20

2.4 测试方法 .20

2.4.1 扫描电镜测试 .....20

2.4.2 透射电镜测试 .....21

2.4.3 扫描电镜下能谱分析 ..21

2.4.4 紫外吸收测试 .....21

第 3 章 结果与讨论 .22

3.1 配体 L 的凝胶的制备与性质 ...22

3.1.1 配体 L 的合成与表征 ..22

3.1.2 配体 L 的凝胶的形貌 ..24

3.2 配体 L 的金属凝胶的制备与性质 ....28

3.2.1 金属凝胶的性质 .28

3.2.2 Cu(II)配位金属凝胶凝胶因子的分析 ...29

3.3 共混体系中的分子组装和后组装过程分析 .....33

3.3.1 L 与 Cu(II)形成的配合物的自组装形貌研究 .......33

3.3.2 醇水比对共混体系中分子自组装的影响 ....36

3.3.3 温度对共混体系中分子自组装的影响 40

3.4 模板合成的初步探索 .......44

第 4 章 结论 ....46

插图索引 ...47

表格索引 ...49

参考文献 ...50

致 谢 .53

声 明 .54

附录 A 外文资料的书面翻译 ....55

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