基本信息
- 项目名称：
- 通过轴向配位反应实现4-乙烯基吡啶聚合物的卟啉功能化
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文通过轴向配位反应,将四苯基卟啉锌(ZnTPP)键合在4-乙烯基吡啶(4VP)与苯乙烯(St)共聚物P(4VP-co-St)的侧链,制得了卟啉功能化的大分子ZnTPP-P(4VP-co-St), 通过FTIR与1H-NMR对其化学结构进行了表征, 重点研究了时间、温度对轴配过程的影响，以及大分子轴配化合物ZnTPP-P(4VP-co-St)的谱学性能, 对其光物理行为进行了较为深入的分析.
- 详细介绍：
- 本文通过轴向配位反应,将四苯基卟啉锌(ZnTPP)键合在4-乙烯基吡啶(4VP)与苯乙烯(St)共聚物P(4VP-co-St)的侧链,制得了卟啉功能化的大分子ZnTPP-P(4VP-co-St), 通过FTIR与1H-NMR对其化学结构进行了表征, 重点研究了时间、温度对轴配过程的影响，以及大分子轴配化合物ZnTPP-P(4VP-co-St)的谱学性能, 对其光物理行为进行了较为深入的分析.
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：实现高分子的卟啉功能化，为发展光电功能新材料提供有价值的理论参考。 基本思路：使4-乙烯基吡啶(4VP)与苯乙烯(St)的共聚物(4VP-co-St)与四苯基卟啉锌（ZnTPP）发生轴向配位反应，将ZnTPP键合在P(4VP-co-St)的侧链，实现聚合物的卟啉功能化，并考察卟啉功能化聚合物ZnTPP-P(4VP- co-St)的谱学性能。
科学性、先进性及独特之处
- 该作品利用共聚物(4VP-co-St)的侧基吡啶环与金属卟啉中心的金属原子之间产生配位键，从而较容易地实现聚合物的卟啉功能化，为制备光电功能材料奠定基础。该作品首次采用“轴向配位反应”实现聚合物的卟啉功能化，并且方法简单，易操作。
应用价值和现实意义
- 本研究首次采用“轴向配位反应”制得具有光电功能的聚合物材料，该方法简单、易操作，在光电功能材料领域具有重要的实用价值和现实意义。
学术论文摘要
- 本文通过轴向配位反应,将四苯基卟啉锌(ZnTPP)键合在4-乙烯基吡啶(4VP)与苯乙烯(St)共聚物P(4VP-co-St)的侧链,制得了卟啉功能化的大分子ZnTPP-P(4VP-co-St), 通过FTIR与1H-NMR对其化学结构进行了表征, 重点研究了时间、温度对轴配过程的影响，以及大分子轴配化合物ZnTPP-P(4VP-co-St)的谱学性能, 对其光物理行为进行了较为深入的分析. 研究结果表明, 以共聚物P(4VP-co-St)的吡啶侧基为配体, 通过轴向配位反应可顺利地制备卟啉功能化的大分子ZnTPP-P(4VP-co-St)，且温度越低，键合量越大. 该大分子具有类似于ZnTPP的特征电子吸收光谱与荧光发射光谱, 同时也显示出轴向配位的特征. 与小分子ZnTPP相比, ZnTPP-P(4VP-co-St)的吸收光谱和发射光谱都发生了明显的红移. 大分子轴配化合物ZnTPP-P(4VP-co-St)的光物理行为也呈现出一定程度的高分子效应: 随着大分子链中ZnTPP键合量的增大, 相近的 ZnTPP侧链单元之间会发生能量转移, 使荧光发射强度有所减弱.
获奖情况
- 发表论文：高分子学报，2009年第8期 (SCI)
鉴定结果
参考文献
- [1] Mukherjee M, Ray A R. Journal of Molecular Catalysis, 2007, 266: 207～214 [2] Grenoble S, Gouterman M, Khalil G. Journal of Luminescence, 2005, 113: 33～44 [3] Sendhil K, Vijayan C, Kothiyal M P. Optical Materials, 2005, 27: 1606～1609 [4] Szintay G, Horváth A. Inorganica Chimica Acta, 2000, 310: 175～182 [5] Huang C Y, Yeh W L, Cheng S H. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2005, 577: 179～186
同类课题研究水平概述
- 对卟啉化合物光电性能研究得较多的是光合作用体系模拟，而真正用作电致发光材料是始于20世纪80年代末。1988年，VanSlyke S.A.等人采用了卟啉作为空穴传输材料来制备发光器件。1996年Burrows P.E.等人利用四苯基卟啉和8-羟基喹啉铝作为发光材料，制备了双发光层的器件，实现了随电压的变化发光颜色由绿到红可调。1997年，Hamada Y报道了用锌卟啉(ZnTPP)作为发光材料，制备了三层器件，得到了很好的红色发光，发光波长为635nm，但对器件的亮度和效率没有具体的报道。接着Kerp H.R.等人用ZnTPP作为掺杂剂研究了激子在染料中的能量传递过程，这为卟啉发光提供了一定的理论基础。1998年Baldo M.A.等人利用八乙基卟啉铂(PtOEP)的三线态发光得到了很高效率的红色磷光发光器件，随后人们对卟啉的三线态发光进行了广泛的研究。但是磷光器件要求无氧操作等条件，制备工艺苛刻，对实际应用带来很大的困难。1999年Sakakibara Y.等人制备了以还原四苯基卟啉(TPC)掺杂8-羟基喹啉铝的器件，得到了较高色纯度的红色发光。国内，张德强等人用八乙基卟啉锌掺杂8-羟基喹啉铝制得了不同质量掺杂分数的器件，也得到了红色发光。 在卟啉功能材料的相关研究中，大多采用在基质中掺杂小分子卟啉的方式，如掺杂型非线性光学材料、掺杂型膜电极、掺杂型传感器、掺杂型太阳能电池以及掺杂型电致发光材料等等。而这些掺杂型的小分子卟啉或金属卟啉，一方面缺乏化学稳定性，功能性的发挥受到很大影响；另一方面又不具备加工性能，使其应用受到一定的限制。 要想克服上述小分子卟啉及金属卟啉化合物在应用中的缺点，实现卟啉及金属卟啉化合物的高分子化或高聚物的卟啉功能化，是一个行之有效的方法。既可为卟啉化合物营造一个类似多肽的微环境，以提高其化学稳定性，充分发挥其特性；又可使卟啉化合物也具有了高分子材料的良好加工性能，比如成膜、成球性能等，从而可极大地拓展卟啉化合物的应用范围，提升其应用效能。因此，经过分子设计并通过一定的化学途径，实现高聚物的卟啉功能化，将成为材料科学中具有重大科学意义的研究课题。
