二茂铁基和偶氮苯基共聚物的合成及其氧化还原和光响应性能研究

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信息存储材料在我们的日常生活中以及工业和学术界都发挥着越来越重要的作用。在不同的储存材料中,氧化还原和光响应性聚合物材料是用于此目的的有潜力的候选物。这些材料具有较好的快速、清洁和有效响应性能。将氧化还原响应基团引入到含有光响应基团的聚合物体系中能得到很好的信息存储材料。
  二茂铁是一种具有18-e结构的材料,与与其相邻的后过渡金属中性茂金属如茂锰(17-e)和茂钴(19-e)相比,被认为更适合于信息存储。稳定的等电子18-e二茂铁型结构在高温下稳定,可在常见有机溶剂中溶解,在空气中稳定和温和/可逆氧化还原。同样,光响应性聚合物也是刺激响应的重要体系,其性能可以根据需要进行调节。由于偶氮苯在受到特定波长的光照时结构改变,它被认为是能广泛使用的较好的光响应化合物之一。值得注意的是,二茂铁中心可以影响偶氮苯的异构化行为。由具有氧化还原和光响应基团的小分子构成的存储装置通常存在几个问题,例如堆叠、机械强度弱、光稳定性差等。开发新的二茂铁和偶氮苯基共聚物用于制造新的信息储存材料是重要的。在我们的研究中,合成了不同的二茂铁和偶氮苯基共聚物,并深入分析了它们的氧化还原和光响应特性。
  1)新型信息存储材料的需求日益增长。二茂铁和偶氮苯基共聚物可以很好地用作新型信息存储材料。采用自由基聚合法合成了三种不同的2一甲基丙烯酰氧基二茂铁甲酸乙酯/甲基丙烯酰胺基偶氮甲苯共聚物(P(FHEMA-co-MAAT)s)。分析了二茂铁和偶氮苯共聚物的氧化还原和光响应行为。用核磁共振氢谱(1HNMR)对共聚物进行了表征,用凝胶色谱法测定了共聚物的分子量。通过热重分析/微分热重法(TG/DTG)和差示扫描量热分析(DSC)验证了聚合物的热稳定性。由于苯环上含有给电子基团,合成的聚合物具有良好的热稳定性。通过循环伏安法(CV)和紫外/可见光谱法(UV/vis)证实了所得共聚物具有良好的氧化还原和光响应性能。结果表明,当这些单元结合在一起时,它们表现出非常优异的光电响应行为,可进一步用于信息存储应用。
  2)引入具有较长烷基链的偶氮苯制备了三种2一甲基丙烯酰氧基二茂铁甲酸乙酯/甲基丙烯酸羟基己基偶氮苯共聚物P(FHEMA-co-MAZOHE)s,并用核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱对其进行了表征。通过热重分析和差示扫描量热验证了聚合物的热稳定性。用循环伏安法分析了氧化还原反应行为,用紫外/可见光谱测定了可逆光异构化。结果表明,二氯甲烷等极性较低的溶剂和较低的扫描速率更有利于氧化还原反应发生。另一方面,共聚物也表现出可逆的光响应行为。随后的紫外和可见光照射实验表明,共聚物对特定波长的光有响应。所有这些特征表明,当这些单元结合在一起时,聚合物具有了非常有效的氧化还原/光响应行为,是潜在的信息存储材料。
  3)引入甲基丙烯酸单元合成了三种2一甲基丙烯酰氧基二茂铁甲酸乙酯/4一甲基丙烯酰胺基偶氮苯/甲基丙烯酸共聚物(P(FHEMA-co-MAZ O-co-MAA)s),并分析了它们的氧化还原和光响应性能。用核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱对合成的共聚物进行了表征。通过热重分析和差示扫描量热对共聚物进行了热稳定性研究,结果表明,共聚物在信息存储装置的操作条件下具有热稳定性。利用循环伏安法和紫外/可见光谱技术对这些共聚物进行了氧化还原和光响应研究,结果表明这些共聚物具有良好的氧化还原和光响应性能。所得结果表明所得聚合物有用作信息存储材料的前景。
  4)引入甲基丙烯酸甲酯合成了三种不同的2一甲基丙烯酰氧基二茂铁甲酸乙酯/分散橙3丙烯酰胺/甲基丙烯酸甲酯共聚物(P(FHEMA-co-MDO-co-MMA)s),并用核磁共振氢谱进行了表征。用凝胶渗透色谱法测定了共聚物的分子量。采用热重分析、差热分析和差示扫描量热分析等方法进行热分析,采用循环伏安法和紫外/可见光谱法对氧化还原反应和光响应行为进行了研究。紫外/可见分光光度法研究表明,聚合物的可逆异构非常好,这可能是由于甲基丙烯酸甲酯的加入能够增大自由体积有利于异构化。同样,从循环伏安法得到的氧化还原结果表明,共聚物具有用很好的氧化还原性能。P(FHEMA-co-MDO-co-MMA)s有用作信息存储材料的前景。
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