多钒酸基表面活性材料的合成与液晶性能研究

Polyoxometalate-surfactants are a novel kind of organic-inorganic hybrid materials with unique self-assembling behavior and various properties. Polyoxovanadates(POVs) are an important kind of polyoxometalates with potential applications in diverse fields. However, the research of POV-based functional materials is still limited. On our preliminary research, we have acquired an amphiphilic POV derivative by post-functionalization which has interesting self-assembling, luminescent and liquid crystalline properties. In order to understand the relationship between the structure and the properties of POV derivatives, we plan to further investigate the synthetic chemistry of POVs, design and prepare a series of POV-surfactants with different structures, study their self-assembling and liquid crystalline properties and finally obtain new POV-based functional materials with applicable prospects.

多酸基表面活性材料是一类新型的有机-无机杂化材料，有着独特的自组装性质及多样的性质，在近年来引起了研究者的关注。多钒酸在多个领域具有潜在的应用，但相比于多钼酸和多钨酸，多钒酸基功能材料的研究仍比较滞后。我们曾在多钒酸有机衍生物的后修饰合成上开展了初步的探索研究，合成出一个具有两亲性的多钒酸衍生物，并发现这一化合物具有有趣的自组装、荧光及液晶性质。为了进一步探索结构与自组装和液晶之间的关系，我们计划对多钒酸的合成化学进行深入研究，合成具有多个反应位点多钒酸修饰平台，同时有目的地设计一系列有机表面活性配体，并与多钒酸进行有机键合，从而得到结构骨架不同的多钒酸基表面活性材料，为性能研究提供广泛的研究对象。我们将重点对产物的自组装和液晶等性质进行研究，并开发出具有应用前景的多钒酸基表面活性功能材料。本项目如能顺利实施，将对多钒酸的功能化与材料化起到积极的推动作用。

基于多酸的两亲性分子是一类近年来备受关注的有机-无机杂化材料。通过将亲水的多酸簇与疏水的有机基团结合，不但能够改变多酸的性质，在液晶材料、乳液催化等领域也有实用价值。当前这类分子的设计合成存在着合成手段缺乏、多酸簇种类比较单一、结构多为线型分子等局限。多钒酸是一类重要的多酸，具有丰富多样的结构，特别是六钒酸三羟甲基衍生物，由于可以在多酸簇上引入多个有机活性基团，因此是一类优异的多酸修饰平台，但长期以来这类化合物的合成化学发展比较缓慢。本项目主要对六钒酸三羟甲基衍生物的合成化学及有机修饰进行了深入的研究，并在此基础上，通过选择不同的多钒酸修饰平台及有机疏水分子，合成了一系列结构新颖的基于多钒酸的两亲性表面活性分子。经过三年的研究，本项目组成功建立了一条通过水热还原法制备六钒酸三羟甲基配体多取代衍生物的新方法，通过该方法，可以在多钒酸簇上引入3-4个氨基或羟基等有机基团，为多钒酸有机衍生物的合成提供了新颖的修饰平台。同时，本项目组还开发了通过酯化和酰胺化方法对多钒酸进行有机修饰的新方法以及分步修饰的合成策略，解决了多钒酸难以进行有机修饰的问题。在这些合成方法的基础上，项目组合成了一系列结构独特的基于多钒酸的两亲性分子，测定了它们的晶体结构，并采用DSC，偏光显微技术对其液晶性质进行了初步的表征。