有机多孔聚合物及导电聚吡咯/金纳米杂化材料的合成与性能研究

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自金纳米粒子(Au NPs)的重要性被发掘以来,广大研究工作者们将重心转移到金纳米粒子的合成和应用等方面。目前,各种各样的金纳米粒子通过物理和化学等方法逐渐被合成出来,并以其独特的物理化学性质,广泛的应用于催化、电化学、光热治疗、生物药学等领域。尽管金纳米粒子的研究取得了一定的进展,但该方面的研究仍有较大的发展空间。例如金纳米粒子的表面能极高,以致非常容易聚集而失去其优异的性能。另一方面,对于金纳米粒子的研究仍然存在极大的挑战。因此,探索新型的材料来合成金纳米粒子,解决其易聚集失活等科学问题,改善其在催化等方面的性能,显然具有非常重要的研究意义。本文基于金纳米粒子的研究现状,结合我们课题组对功能聚合物纳米材料的研究基础,我们分别利用有机多孔聚合物和导电聚吡咯合成了金纳米杂化材料,并对其结构及性能进行了研究。本文共分三章:第一章是绪论,简要介绍了金纳米粒子的合成方法及应用,以及有机多孔聚合物和导电聚吡咯的相关背景。第二章研究了一种合成兼具微孔、介孔及大孔的新型有机多孔聚合物/金纳米杂化材料(Au/SH-OPPs)的新方法。我们采用功能化核-壳瓶状分子刷(PGM-g-(PLA-b-PPDE-b-PS))为软模板,通过傅克超交联反应,制备了功能化有机多孔聚合物(SH-OPPs),并同时利用巯基功能基团与金的强作用,用原位还原法合成了金纳米粒子杂化材料。通过氮气吸附测试、TEM、TG、XRD等表征了Au/SH-OPPs的结构和性质。结果表明,Au/SH-OPPs是一种刚韧的有机中空纳米管网状结构,且兼具微孔、介孔及大孔结构,其BET比表面积为705 m2/g(微孔面积为100 m2/g,介孔面积为605 m2/g),孔体积为0.88 cm3/g。金纳米粒子的平均粒径为3.0±1.0 nm,高度分散在有机纳米管结构中,负载量高达18%。通过苯甲醇的催化氧化实验,证明了Au/SH-OPPs具有高催化活性,循环使用7次后仍可保持较高的催化活性。第三章研究了具有温敏性和光热效应的双功能聚吡咯/金纳米杂化材料的合成新方法。我们利用由温敏性的PNIPAM和还原性的PPMS组成的两亲性嵌段共聚物(PNIPAM-b-PPMS)同时作为稳定剂和还原剂,以水作溶剂,还原氯金酸,一步法合成了金纳米粒子。通过调控聚吡咯的共轭长度,合成了Au@PNIPAM-b-PPMS和Au@PNIPAM-b-PPy两种杂化材料。通过TEM测试,金纳米粒子尺寸分别为2.3±0.5nm和15.0±2.0 nm, DLS测试证明了聚合物包裹在金纳米粒子表面。由PNIPAM修饰的Au@PNIPAM-b-PPMS的水溶液随温度变化而出现透明-浑浊的可逆变化。说明杂化材料仍具有良好可逆的温敏性能。利用808 m近红外激光仪验证了Au@PNIPAM-b-PPy不仅具有高效的光热转换效应,而且具有可逆的溶解-沉积变化。该材料在温控开关及高效光热剂等方面具有潜在的应用。
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