利用超分子模板法制备手性碳纳米材料

This project aims at preparing chiral carbonaceous nanotubes and mesoporous carbonaceous nanomaterials through a supramolecular templating method, and studying the exteral surface and internal chirality of organic self-assemblies and the origin of optical activity of carbonaceous nanomaterials. Firstly, a series of amino acid derivatives will be synthesized. Their self-assembly behavior will be controlled by tuning the kinds of amino acids and the lengthes of the alkyl chains. The structures and chirality of the supramolecular self-assemblies will be investigated using infrared spectroscopy, ultraviolet spectroscopy, X-ray diffraction, circular dichroism and diffuse reflectance circular dichroism (DRCD). Secondly, chiral carbon nanotubes and mesoporous carbon nanomaterials will be synthesized using a supramolecular-templating method. The chiral structures of the obtained carbonaceous nanomaterials will be controlled by adjusting the reaction conditions and the molecular structures of the supramolecular self-assemblies. Meanwhile, the origin of the optical activity of the carbonaceous nanotubes and mesoporous carbonaceous nanomaterials will be studied using DRCD, scanning and transmission electron microscopies. Finally, the obtained chiral carbon nanomaterials will be applied in the fields of enantioseparation,electromagnetic wave absorbtion and supercapacitor.

本项目旨在通过超分子模板法制备手性介孔碳和纳米碳管，并系统研究超分子自组装体的表面和内部手性以及手性介孔碳材料和纳米碳管旋光活性的来源。首先，合成一系列氨基酸衍生物，通过调整氨基酸种类及烷基链的长度控制其自组装行为，并运用红外、紫外、X-射线衍射、圆二色谱以及漫反射圆二色谱法系统研究超分子自组装体的结构及其表面手性与内部手性的区别。然后，以氨基酸衍生物的超分子自组装体为模板制备手性介孔碳和纳米碳管。通过改变反应条件及超分子自组装体的结构控制介孔碳和纳米碳管的手性结构，并利用漫反射圆二色谱、扫描和透射电镜对产物的手性进行深入解析，研究介孔碳和纳米碳管旋光活性的来源。最后，研究所得手性碳材料在对映体分离、电磁波吸收以及超级电容器等领域的应用

本项目旨在通过超分子模板法制备手性介孔碳和纳米碳管，并系统研究超分子模板的表面和内部手性以及介孔碳材料和纳米碳管旋光活性的来源。顺利完成该项目。研究成果如下：一、建立了脂二肽分子堆积方式与自组装体螺旋的关系。脂二肽分子堆积方式决定了自组装体的左右螺旋或扭转。二、对于含有苯环的氨基酸，其苯环在分子组装过程中起到空间位阻、憎水缔合和Pai-Pai堆积等作用。三、利用剪切的方法实现了单手扭转纳米带的取向，为其在材料领域的应用奠定了基础。四、建立了通过碳化交联有机高分子制备单手螺旋碳质纳米管的方法。这些高分子为：3-氨基苯酚-甲醛树脂、间苯二胺甲醛树脂和聚间苯二胺。五、理论计算表明碳质纳米管的光学活性主要来源于骨架中芳环的手性堆积。六、由于吸附力太强，单手螺旋碳质纳米管不能够用于对映体分离。七、碳质纳米管可以作为锂离子电池负极材料，N-参杂碳质纳米管储能性能明显由于石墨。