【摘要】：空氣污染作為主要的環(huán)境問題之一,對人體健康以及工業(yè)生產(chǎn)都會(huì)造成巨大的危害。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理這些空氣污染物,就可以在很大程度上減輕大氣污染的程度。這使得氣敏傳感器在有毒有害氣體的檢測方面扮演著重要的角色。但目前氣敏材料過高的檢測要求制約了氣敏傳感器的發(fā)展,因此發(fā)展氣敏材料勢在必行,而有18-π電子結(jié)構(gòu)的咔咯化合物及其金屬配合物在傳感器領(lǐng)域則顯示出了潛在的應(yīng)用。本文介紹了氧化石墨烯、A_3型咔咯化合物及其金屬配合物以及A_2B型咔咯化合物及其金屬配合物的制備方法,同時(shí)研究了其對二氧化氮?dú)怏w的敏感性。本文中也提出了通過物理復(fù)合以及化學(xué)接枝兩種方法制備咔咯/氧化石墨烯以及金屬咔咯/氧化石墨烯功能復(fù)合材料,并探究了其對二氧化氮?dú)怏w的敏感性,具體內(nèi)容如下:1.通過改進(jìn)后的Hummers法,制備了表面存在含氧基團(tuán)的單層或是幾層的氧化石墨烯,對氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)以及表面基團(tuán)進(jìn)行表征以確定其結(jié)構(gòu)。將氧化石墨烯作為氣敏材料在常溫下測試其對不同濃度的二氧化氮?dú)怏w的敏感性,氧化石墨烯對濃度為5 ppm和50 ppm的二氧化氮?dú)怏w均表現(xiàn)出優(yōu)秀的敏感性(電阻分別從49386?下降到了47944?以及從48040?下降到44920?),并且當(dāng)高濃度的二氧化氮?dú)怏w撤去時(shí)也表現(xiàn)出了優(yōu)異的恢復(fù)性,但對低濃度氣體并未表現(xiàn)出恢復(fù)性。2.通過改進(jìn)的Lindsey制備了三(4-甲基苯基)咔咯,10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯以及10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯,并將10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯還原成了10 (4-氨基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯。同時(shí)將所合成的四種咔咯化合物與金屬鈷離子以及三苯基膦進(jìn)行配位,制備了三(4-甲基苯基)咔咯鈷,10 (4-硝基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯鈷,10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯鈷以及10 (4-氨基苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯鈷,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的表征。3.檢測了所合成的咔咯化合物及其金屬配合物對二氧化氮?dú)怏w的敏感性,發(fā)現(xiàn)A_2B型金屬咔咯配合物由于其分子的極性更強(qiáng),所以在導(dǎo)電性以及對二氧化氮?dú)怏w的敏感性方面都更加優(yōu)秀,同時(shí)取代基的吸電子能力越強(qiáng),材料對二氧化氮?dú)怏w的敏感性就越好。10 (4-氯代苯基)-5,15-二(4-甲苯基)咔咯鈷在與濃度為50 ppm的二氧化氮?dú)怏w接觸后電阻從6.5 M?下降到3.5 M?,并且在氣體撤去后,電阻出現(xiàn)了緩慢的回升,表現(xiàn)出一定的恢復(fù)性。4.將制備的咔咯化合物及其金屬配合物與氧化石墨烯通過物理復(fù)合以及化學(xué)接枝兩種方法制備咔咯/氧化石墨烯以及金屬咔咯/氧化石墨烯功能復(fù)合材料:A_3Cor+GO、A_3Cor-Co+GO、Cl-Cor+GO、Cl-Cor-Co+GO、NO_2-Cor+GO、NO_2-Cor-Co+GO、NH_2-Cor+GO、NH_2-Cor-Co+GO、NH_2-Cor-GO以及NH_2-Cor-Co-GO,同時(shí),探究了功能復(fù)合材料的氣敏性能。Cl-Cor-Co+GO由于其取代基吸電子能力最強(qiáng)使得其對二氧化氮?dú)怏w的敏感性最好,在通入濃度為5 ppm的二氧化氮?dú)怏w時(shí)電阻迅速從600614?下降到581830?,撤去氣體后,電阻恢復(fù),通入濃度為50 ppm的二氧化氮?dú)怏w時(shí),電阻從590983?下降到551693?,撤去氣體后,電阻也出現(xiàn)大幅的恢復(fù),說明本文中成功制備了一種能夠在常溫下對低濃度二氧化氮?dú)怏w進(jìn)行重復(fù)檢測的氣敏材料。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212;O641.4;X51

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本文編號：2596552