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本文系统研究了以氨基酸为亲水头基的bola型两亲分子在有机凝胶中和气/液界面上的自组装行为,成功构筑了螺旋超分子纳米管结构,并以这种结构为模板合成了银纳米管材料。本论文主要包括以下三方面研究内容:
一、将L-谷氨酸二乙酯与1,18-十八烷二酸通过酰胺化反应连接起来,然后经过水解、酸化制备了bola型两亲分子N,N-1,18-十八烷二酸酰-L-谷氨酸(EDGA)。EDGA可以通过加热溶解于体积比1:1的水和乙醇的混合溶剂,静置冷却得到了透明的有机凝胶。通过AFM、TEM和XRD的测试证明了EDGA分子形成了直径约50纳米,螺距45纳米的左手螺旋纳米管超分子结构,并且管壁为单分子层,结合FT-IR的检测,揭示了形成这种结构的机理:EDGA分子在有机凝胶中通过分子间的氢键和疏水相互作用,在分子头基的手性中心调控下形成了扭曲的单分子层脂质体膜(MLM),继而形成了左手螺旋纳米管超分子结构。
一、研究了EDGA分子在气/液界面上的组装行为。π-A等温线发现在pH值低于3的水亚相上可以得到稳定的单分子膜,而且其π-A等温线出现了转变点和平台区;用AFM和TEM来观察转变点前后所组装成的结构:转变点之前的低压力下得到的是平整LB膜,而在转变点之后压缩LB膜得到的是螺旋纳米管。结合FT-IR的测试结果,证明了分子通过分子间弱相互作用组装成一种中间体薄膜,在手性中心的作用下,中间体薄膜卷曲、扭转,形成螺旋超分子纳米管结构。
三、以有机凝胶中组装的螺旋纳米管为模板,利用管内外表面上的羧酸基团与硝酸银相互作用,将银离子络合到模板上,然后通过光照还原制备了双层的银纳米管。实验中发现,延长光照还原的时间可以得到多层的银纳米管,通过分析测试,解释了形成多层银纳米管的机理:溶解在溶液中的EDGA分子和多余的银离子继续在已经形成的银纳米管的表面组装,形成新的层,经光照还原会得到多层的银纳米管。这项研究开辟了一条控制合成多层金属纳米管的新途径。