纳米尺度手性半导体材料的制备及其表征

• 作 者: 王新
• 出 处: 西南科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 手性诱导 纳米纤维 自组装 半导体 CISS效应

导电聚合物材料和手性超分子结构的结合,不是简单的线性相加,而是一种1+1>2的巧妙融合。这两个概念的组合,不仅是对导电聚合物材料研究方向的拓展,同时也为手性超分子结构赋予了新的功能性和应用前景。在传统的手性超分子结构(如DNA分子、蛋白质分子等)中,其主体分子普遍是不具备导电能力的绝缘体,或是导电能力欠佳的半导体。而本文设计合成的手性超分子结构中,笔者特别地强调了其具有相对良好的导电特性,这使得其在分子器件等领域有着不错的研究和应用前景。此外,基于手性超分子普遍具有良好的生物相容性,这类导电聚合物分子在手性分离、生物催化等领域也有着不错的研究和应用前景。本文以小分子诱导手性为主要方法,设计并合成了数个同时具有手性和导电性能的材料,并将其设计成分子器件进行一系列的性能测试。文章的主要内容包括手性的小分子导电材料和手性的导电聚合物材料两部分。笔者设计合成了导电手性小分子材料,分别是带手性支链的酞菁铜(Ⅱ)分子与带手性支链的规整结构的噻吩并[3,2-b]噻吩分子。笔者选取的手性小分子单元是最简单的模型,即单一手性的2-甲基-1-丁醇,其在中心碳原子(β-碳原子)上分别接有一个乙基、一个甲基、一个氢原子,以及一个可调节的基团。笔者以(R-/S-)2-甲基-1-丁醇为起始手性小分子,将其分别接到酞菁铜(Ⅱ)分子的支链和噻吩分子的侧链上,以期合成具有手性的小分子导电材料。本文设计合成的手性酞菁铜(Ⅱ)和手性噻吩并[3,2-b]噻吩,其分子内都拥有一个相对较大的共轭平面,便于其通过分子与分子之间的π-π堆积的相互作用构成超分子结构。本文主要研究的手性导电聚合物材料,包括单一旋向的樟脑磺酸掺杂聚苯胺的螺线纳米纤维和非手性对甲基苯磺酸掺杂的聚苯胺纳米纤维,以及结构规整的聚噻吩。在聚苯胺纳米纤维的制备过程中,笔者采用的是经典的手性樟脑磺酸掺杂聚苯胺的方法,并将其制成电学电极针对其导电性能和磁滞电阻效应进行了测试。同时,笔者还在相似的条件下以非手性的有机酸为掺杂剂成功地制备了非螺旋状聚苯胺纳米纤维,用以和手性聚苯胺纳米纤维进行对比,并进一步验证其对磁场的响应。聚噻吩纳米结构的合成与制备是一项未完成的工作,本论文中提及其合成路线和前期合成工作。此实验中,笔者依旧选择了2-甲基-1-丁醇这种最简单的手性单元作为起始物质,旨在得到结构规整的聚3-烷基噻吩(P3AT)。