Cryptophane A，E合成与表征及其甲烷敏感特性
甲烷是易燃易爆气体，是矿井瓦斯主要成分，瓦斯爆炸易引起重大经济损失和安全事故。因此，对矿井中甲烷进行监测十分必要。目前，矿井甲烷监测主要有热催化燃烧型、气敏半导体型、红外吸收型和光干涉型瓦斯传感器，但它们有检测周期长、精度差、易中毒、维护不便等明显不足。因此，研究一种安全、可靠、高灵敏度的甲烷传感系统具有重大现实意义。笼形超分子材料是一类重要的新材料，其在生命科学、材料科学、分子电子学、传感器等领域具有重要作用。近年来研究发现，笼形超分子材料CryptophaneA和E对甲烷敏感，有望将它们用于新一代甲烷传感器。
采用三步法合成Cryptophane A和E；通过核磁共振、紫外吸收和荧光光谱等技术表征其结构和理化性质；设计制作纤芯失配型光纤甲烷传感器，评价传感性能；探讨Cryptophane A和E对甲烷敏感机理。取得如下结论：
(1)综述国内外甲烷气体监测技术应用现状，新型矿井瓦斯监测技术研究情况，Cryptophanes A和E合成方法及其甲烷敏感特性研究进展。
(2)以香草醛为原料采用三步法合成Cryptophane A和E，得到最终合成产率分别为3.08％和9.79％。最优合成和分离工艺为：第一步，香草醛过量，80℃下回流22h；1，2-二(4-甲酰-2-甲氧基苯氧基)乙烷分离先用溶剂溶解固体，然后抽滤、真空干燥，1,3-二(4-甲酰-2-甲氧基苯氧基)丙烷分离经重结晶、抽滤、真空干燥；第二步，缓慢多次加入NaBH4(MNaBH4/Mcompound2=6∶1)，60℃下回流25h，反应完全后用稀HCl和甲醇/水溶液(体积比为1∶1)充分洗涤抽滤；第三步，甲酸(90％)中70℃下回流4h，并蒸干，经CH2Cl2萃取，最后硅胶色谱柱过柱(V二氯甲烷/丙酮=10∶1)。
(3)核磁表征中4.41(d，6H，CHa)、3.41(d，6H，CHe)及36.78(Ca,e)的存在证明成功合成了Cryptophane A；而4.65(d，6H，CHa)、3.43(d，6H，CHe)及36.13(Ca,e。)则证明成功合成了Cryptophane E。Cryptophane A和E最大荧光发射波长分别在440nm和435nm。在CH2Cl2溶剂中，Cryptophane A和E紫外吸收峰分别在λ1=236nm，λ2=284nm和λ1=234nm，λ2=286nm。
(4)甲烷光纤传感器敏感实验结果表明，最佳入射角为15°，对Cryptophane A长度为3mm的传感器其响应灵敏度好，而对Cryptophane E，长度为8mm的效果好;敏感膜的吸附和解吸时间约80s。
笼形超分子材料;甲烷传感器;纤芯失配;倏逝波;矿井瓦斯监测;三步法合成
重庆大学
硕士
物理化学
黎学明
2009
中文
TD712.3;TP212.2
49
2010-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）