新型非金属含氮材料及其纳米结构的化学合成与性质研究
本论文旨在探索一些新型非金属含氮材料及其纳米结构的化学合成与性质。这些目标材料包括无机非金属材料(例如碳氮类、磷氮类和硼氮类材料)和有机高分子材料(例如交联聚苯胺)。在广泛而深入的文献调研基础上，作者创造性地合成了类石墨氮化碳并制备了其管状结构；另外通过一个原创性的反应在不使用苯胺单体的情况下合成了交联聚苯胺，并在更进一步的实验研究中获得了三苯胺。所有的目标产物都是通过简便的一步反应合成。具体内容简要归纳如下：1.通过选择合适的前驱物和反应条件，首次成功合成了具有优良发光性质的类石墨氮化碳。分子前驱物C3N3Cl3和NaNH2在苯热中于180-220℃反应8-12h即可。在该反应中，NaNH2及其衍生物作为强的Lewis碱进攻三嗪环，得到N原子桥连的三嗪环二维类石墨单层网络，该二维网络沿c方向堆积最后得到类石墨氮化碳。
《ChemicalPhysicsLetters》的审稿人建议不作任何修改的全文发表。在此工作基础上，作者利用无溶剂路线制备了类石墨氮化碳层状结构和类富勒烯结构，相关结果发表在《Carbon》上。作者还将上述方法成功拓展到涡轮层状氮化硼的低温合成中。
2.在总结前人工作的基础上，作者成功地将溶剂热路线推广到碳氮化合物纳米管的制备中。分子前驱物C3N3Cl3和NaN3在苯热中于200-220℃反应15h即可得到大面积的高含氮量CNX(1＜X＜4/3)纳米管，该过程不需要任何催化剂和模板。《ChemicalCommunications》的审稿人对我们的工作给予了很高的评价：“Thispaperreportsasignificantadvanceinthesolution-basedsynthesisofcarbonnitridenanostructures";"ThisisanicenovelmanuscriptthatdescribesthesolvothermalformationofC3N4"。作者还将此方法成功拓展到[(C3N3)2(NH)3]n和H3XP3N5+X(X=0.13)纳米管的制备中，对应的前驱物分别是C3N3Cl3和NH4Cl以及P3N3Cl6和NaNH2。后两种纳米管具有良好的发光性质和热稳定性。
3.通过一个新颖的化学反应，在不使用苯胺单体的情况下，创造性地合成了交联聚苯胺。该方法只需将对二氯苯和NaNH2在苯热中于220℃反应12h。反应历程被认为是芳香亲核取代反应，其中具有强Lewis碱性的NaNH2及其衍生物作为亲核试剂。《Polymer》的审稿人给予了积极评价：“ThismanuscriptpresentsoriginalsynthesismethodsofPANI.Thesynthesisandcharacterizationpartisallright";"Thesyntheticmethoddevelopedbytheauthorsisdifferentfromtraditionaloneinthatnoanilinemonomerisneeded”。为了进一步研究交联聚苯胺的形成机理，作者特别设计了几个有机小分子反应，即单取代氯苯或溴苯与NaNH2反应，结果在不使用催化剂的情况下就获得了三苯胺，这暗示了聚苯胺的交联可能与高聚物中三苯胺单元的形成有关。更重要的是该方法可能为三芳胺及其衍生物的合成开辟一条崭新的化学路线。
非金属含氮材料;纳米结构;化学合成;有机高分子材料;交联聚苯胺;类石墨氮化碳
中国科学技术大学
博士
无机化学
谢毅
2005
中文
O623.663;TB383;O621.3
111
2006-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）