新型內(nèi)嵌富勒烯微納米結(jié)構(gòu)的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、內(nèi)嵌富勒烯是一類特殊的富勒烯，由于碳籠內(nèi)部?jī)?nèi)嵌了不同的原子或原子簇（內(nèi)嵌物）而且內(nèi)嵌物可以轉(zhuǎn)移特定數(shù)目的電子到碳籠上，因此成為一種獨(dú)特的碳納米材料，并且具有很多空心富勒烯所不具備的物理和化學(xué)性質(zhì)以及在生物醫(yī)學(xué)，能源等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。另一方面，通過將原子、分子組裝成有序的微觀結(jié)構(gòu)，可以改進(jìn)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)甚至帶來新的性質(zhì)，進(jìn)一步可以構(gòu)筑出具有特定功能的器件并實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。基于富勒烯納米結(jié)構(gòu)所具有的潛在應(yīng)用前景，本論文以制備新型

2、內(nèi)嵌富勒烯微納米結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，圍繞著內(nèi)嵌富勒烯Sc3N@C80(Ih)的自組裝性質(zhì)，開展了以下幾個(gè)方面的工作:
　　 (1)、利用超分子方法制備出金屬卟啉（間-4（4-吡啶）鋅卟啉，ZnTPyP)包裹的Sc3N@C80(Ih，以下省略異構(gòu)體標(biāo)記)的復(fù)合結(jié)構(gòu)六角納米棒。我們利用水作為溶解表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的溶劑，研究了溶劑與反應(yīng)物的比例對(duì)Sc3N@C80-ZnTPyP復(fù)合結(jié)構(gòu)納米棒的長(zhǎng)度與大小的影響。通過T

3、EM，EDX，TGA，Raman光譜和電化學(xué)研究，證實(shí)了Sc3N@C80-ZnTPyP納米棒的包覆特性以及復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過XRD對(duì)比研究，我們發(fā)現(xiàn)由于ZnTPyP分子傾向于在軸向方向自組裝，而Sc3N@C80-ZnTPyP復(fù)合納米棒同樣沿著ZnTPyP分子進(jìn)行軸向自組裝。通過對(duì)比Sc3N@C80-ZnTPyP與C60-ZnTPyP納米棒的UV-vis電子吸收光譜，揭示了富勒烯的電子結(jié)構(gòu)對(duì)于富勒烯與ZnTPyP的組裝聚集行為以及所形成的復(fù)合

4、結(jié)構(gòu)的影響。與純的ZnTPyP納米管相比，Sc3N@C80-ZnTPyP納米棒的熒光發(fā)射強(qiáng)度產(chǎn)生了更強(qiáng)的淬滅(～88％)，說明從激發(fā)的ZnTPyP到Sc3N@C80可能存在光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。
　　 (2)、通過液液界面沉降法(LLIP)，首次利用對(duì)二甲苯作為Sc3N@C80的良性溶劑，成功地制各出了純的Sc3N@C80六角單晶微米棒。我們研究了起始的Sc3N@C80濃度對(duì)所形成的單晶微米棒的大小和長(zhǎng)度的影響，結(jié)果表明通過改變Sc3

5、N@C80溶液的濃度，可以容易地控制Sc3N@C80單晶微米棒的長(zhǎng)度。我們通過XRD和電子衍射確定出Sc3N@C80單晶微米棒的晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系。通過跟蹤SC3N@C80晶體形態(tài)的演化過程，我們提出了Sc3N@C80單晶微米棒可能的生長(zhǎng)機(jī)理，結(jié)晶過程中的中間體為側(cè)面帶溝槽的六角星形棱柱。Raman光譜證實(shí)了Sc3N@C80單晶微米棒僅由Sc3N@C80單體分子組成，晶格中沒有發(fā)生聚合。通過UV-vis-NIR電子吸收光譜研究，發(fā)現(xiàn)Sc

6、3N@C80單晶微米棒相比起Sc3N@C80溶液在可見光和近紅外區(qū)域有更寬和更強(qiáng)的吸收，這是由于單晶微米棒中較強(qiáng)的分子間π-π相互作用對(duì)Sc3N@C80分子的電子結(jié)構(gòu)的影響所造成的。我們還研究了Sc3N@C80單晶微米棒的光電化學(xué)行為，證明了Sc3N@C80的一維單晶微米棒結(jié)構(gòu)有利于電荷傳輸，展示了其在光電轉(zhuǎn)換方面的潛在應(yīng)用。
　　 (3)、通過在液液界面沉降法中引入超聲處理，首次制備出了骰子狀的Sc3N@C80立方塊晶體。我們

7、研究了起始的Sc3N@C80溶液的濃度對(duì)晶體尺寸的影響，發(fā)現(xiàn)Sc3N@C80溶液濃度越大，立方塊的尺寸越小。通過改變良性和不良溶劑的種類及體積比，以超聲或是劇烈振動(dòng)的方式混合良性和不良溶劑等條件實(shí)驗(yàn)，我們提出了骰子狀Sc3N@C80立方塊晶體的可能生長(zhǎng)機(jī)理，認(rèn)為形成骰子狀Sc3N@C80立方塊晶體（立方體表面出現(xiàn)空洞）是由于晶體生長(zhǎng)過程中溶質(zhì)供應(yīng)不足所造成的。利用未引入超聲處理的傳統(tǒng)的液液界面沉降法，在溶質(zhì)供應(yīng)充足的條件下，可以得到完整