离子响应型有机小分子凝胶的合成与性质研究

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有机小分子凝胶材料因其独特的性质和潜在的应用受到人们广泛的关注。离子响应型有机小分子凝胶作为一种智能型软材料,在离子检测上有着得天独厚的优势。与传统的离子检测器相比,离子响应型有机小分子凝胶材料作为一种新型的离子传感器具有肉眼可见、检出限低、灵敏度高、选择性强、材料易修饰、操作简单等优点。因此,本论文主要合成并研究了几种具有离子响应功能的智能型有机小分子凝胶材料。一、设计并合成了一种基于苯并三唑衍生物的新型有机小分子凝胶因子(BTA),应用于金属离子的特异性检测。凝胶因子BTA可以在甲醇等溶剂中形成具有较低临界凝胶浓度和非常稳定的有机小分子凝胶(BTAG)。进一步研究发现,BTAG可以作为用于检测Cu2+和Co2+的多刺激响应型化学传感器,并对Cu2+和Co2+表现出选择性荧光响应和比色响应,BTAG对Cu2+和Co2+的检出限分别为0.962×10-6M和1.08×10-6M。有趣的是,BTAG在不借助任何外部作用力的情况下,可以在室温下由Cu2+或Co2+诱发有机凝胶向金属凝胶的转变,这为富集环境中Cu2+和Co2+提供了一种全新的思路和方法。二、设计并合成了一系列基于吡啶-酰肼异构化衍生物的新型凝胶因子G1、G2和G3。研究发现,G2的凝胶性能明显优于G1和G3,表明吡啶环上氮原子位置的不同会显著影响凝胶化性能。此外,G2可以作为F-、Cu2+和Fe3+肉眼可见的多功能化学传感器。在所测试的阴离子中,F-能够使G2-二氯甲烷(G2-DCM)从无色透明凝胶转变为白色不透明溶胶。G2对F-的检出限为8.483×10-6 M。在所测试的金属阳离子中,G2-DCM凝胶可选择性检测Cu2+和Fe3+,并通过形成稳定金属凝胶的方式来富集水溶液中Cu2+和Fe3+,G2-DCM凝胶对Cu2+和Fe3+的检出限分别为1.784×10-6 M和1.30×10-6M。该有机凝胶可以作为多刺激响应型离子传感器并同时检测F-、Cu2+和Fe3+,也可以用于富集水体中金属离子Cu2+和Fe3+的一类智能软材料。
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