卟啉—氧化石墨烯纳米杂化光限幅功能材料的设计、制备及性能研究

论文摘要

二维碳材料石墨烯因其独特的力学、热学、光电和化学性质而在众多领域兴起了广泛的研究热潮,于此同时,人们也研究了石墨烯衍生物所带来的一些新的优异性能。氧化石墨烯与石墨烯类似,都是一类具有单层碳原子分布的二维材料,只是在其周围含有较多的含氧官能团（例如,羧基和羟基）,这使得氧化石墨烯在溶剂中具有比石墨烯更好的分散性,这极大的拓展了石墨烯的应用。卟啉作为一种大π共轭的电子体系化合物,可以产生电子离域作用,而且卟啉环具有易于修饰的特点,因此卟啉类化合物长期以来表现出优异的非线性光学性能。通过卟啉类化合物共价功能化氧化石墨烯不但可以有效的改善氧化石墨烯在溶剂中分散性,还能够结合卟啉和氧化石墨烯两者本身的独特优势,从而制备出具有优异特殊性能的光电功能材料。本论文利用共价键连接氧化石墨烯与卟啉类化合物从而提高杂化材料的三阶非线性光学效应。主要研究成果如下:第二章通过亲核取代的方式对氧化石墨烯进行表面羧基化,制得了一种表面富含羧基的氧化石墨烯（GO-CH2COOH）,然后通过酯化反应将单羟基卟啉分别引入到GO-CH2COOH和GO的表面,由此合成了两种不同共价连接方式的非线性光学材料GO-TPP和GO-CH2COOTPP。然后通过多种表征方式,主要包括紫外-可见吸收光谱、傅里叶红外光谱、热重分析、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、荧光光谱等为两种杂化材料的成功合成提供依据。最后通过Z-扫描实验技术研究了材料在532 nm激发波长下的非线性光学性能,结果表明两种杂化材料均具有显著增强的反饱和吸收与非线性正折射,对比两种氧化石墨烯杂化材料,我们发现GO-CH2COOTPP比GO-TPP具有更好的非线性光学响应。第三章通过席夫碱反应来构筑了两种四氨基卟啉有机共价聚合物COP-1、COP-2,通过共价连接的方式利用COP-1与COP-2对氧化石墨烯（GO）进行功能化,合成了两种纳米杂化功能材料GO-COP-1和GO-COP-2。通过一系列测试手段（紫外-可见吸收光谱、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱、扫描电镜、荧光光谱）对样品进行了结构、形貌与光谱分析。同时Z-扫描技术测试的结果表明合成的两种杂化材料均具有比卟啉有机共价聚合物单体和GO增强的非线性吸收,且含有羟基的卟啉有机聚合物增加的幅度更大。第四章主要论述了三种镧系金属（镧、钕、铕）卟啉（MTPP）与镧系金属卟啉-氧化石墨烯杂化材料的制备及结构学与光谱学性质的研究。我们通过傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱学等测试手段证明杂化材料的成功合成。研究结果表明,我们所制备的材料表现出一定的荧光猝灭效应,镧系金属卟啉与氧化石墨烯之间存在较强的电子与能量的转移作用。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 前言

1.2 卟啉、石墨烯简介

1.2.1 卟啉的结构特点

1.2.2 石墨烯的结构特点

1.2.2.1 石墨烯的合成方法

1.2.2.2 石墨烯的功能化修饰

1.3 卟啉、石墨烯及其杂化材料在非线性光学领域研究进展

1.3.1 石墨烯及其杂化材料在非线性光学领域的研究进展

1.3.2 卟啉在非线性光学领域的研究进展

1.4 课题的提出及研究重点

第二章卟啉共价功能化羧基化氧化石墨烯非线性光材料的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 合成实验

2.3 结果与讨论

2.3.1 红外谱图分析

2.3.2 拉曼谱图分析

2.3.3 热稳定性分析

2.3.4 形貌分析

2.3.5 X射线光电子能谱分析

2.3.6 线性光学分析

2.3.7 非线性光学研究

2.4 本章小结

第三章卟啉共价有机聚合物共价功能化氧化石墨烯非线性光学材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.2 合成实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 红外谱图分析

3.3.2 拉曼光谱分析

3.3.3 形貌分析

3.3.4 X射线光电子能谱分析

3.3.5 线性光学分析

3.3.6 非线性光学研究

3.4 本章小结

第四章金属卟啉共价功能化氧化石墨烯非线性光学功能材料的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 合成实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 红外光谱研究

4.3.2 拉曼光谱分析

4.3.3 X射线光电子能谱分析

4.3.4 紫外-可见吸收光谱研究

4.3.5 荧光光谱研究

4.4 本章小结

第五章全文总结与展望

5.1 本文的主要工作

5.2 本文的不足

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张静

导师: 张驰

关键词: 卟啉,氧化石墨烯,共价聚合物,非线性光学

来源: 江苏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 江苏大学

分类号: O437;TB34

总页数: 70

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