卟啉纳米聚集体的性能及其理论分析新方法研究

本项目拟通过合成系列不同种类的卟啉（水溶性、两亲性和杂原子取代卟啉），利用相转移反应在界面组装卟啉纳米聚集体结构，通过对溶液pH值、离子强度和卟啉分子浓度等简单因素的考察，利用化学计量学和量子化学计算方法研究卟啉聚集体的结构特征及性能，建立评价卟啉聚集体及纳米结构界面性能的有效方法。纳米结构的尺寸大小和形状结构变化对其材料性能的影响是决定性的，因此通过各种计算方法设计卟啉纳米结构界面，研究可能影响其性能变化的结构因素，建立合理有效的卟啉聚集体研究模型和性能评价方法，从而为研究卟啉聚集体的光电性能，为卟啉聚集体的潜在应用（如生物医学基础研究、新材料制备等）和构筑卟啉纳米器件提供基础理论依据是非常有意义的。

研究了不同类型取代基卟啉化合物的电化学行为，得出了绝热条件下，液/液界面上发生的电子转移速率与反应的驱动力、重组能及反应物离子间的距离之间的关系。探讨了不同β位取代基对不含金属的卟啉化合物中的N-H迁移机理的影响，揭示出β位取代基的改变对卟啉H2PO4-离子检测器的性能影响很小。采用密度泛函理论(DFT)计算得到氢迁移势能面，利用正态结构分解方法(NSD)对相应的迁移路径中的顺式、反式和过渡态构型进行了分析，并用分子中的原子理论(AIM)对分子内氢转移的成键过程进行了探讨。制备了羟基卟啉功能化的碳纳米材料，研究了卟啉与对苯二酚之间的氢键和π-π作用以及纳米材料的独特的电化学性能。卟啉单分子膜的光电化学特性，光电流强度和溶液中氢醌的浓度在一定范围内呈线性关系。研究了有支持电解质TBAClO4和反应物ZnTPP的NB溶液在石墨电极上的多步电子转移过程。建立了卟啉类化合物的结构和活性因子间的关系模型，并探讨了对活性因子起重要作用的结构因素。通过密度泛函理论、紫外与电化学方法相结合验证了四羟基苯基卟啉功能化碳纳米管修饰电极分离检测苯二酚同分异构体的原理。以ZnTPP作为电子供体构建了UV-vis/SECM平台用于研究界面光诱导电子转移。用NaBH4还原法成功地制备了卟啉/纳米金/石墨烯纳米复合材料，构建了卟啉/纳米金/石墨烯纳米复合材料的氢醌光电传感器。本项目已发表SCI论文18篇，国内核心2篇，会议论文8篇，出版专著一部，申请专利一项，完成科技鉴定一项，结果为国际先进水平。本项目已培养博士研究生一名，硕士研究生9名。仍有一些待发表的论文将在发表时注明本基金号。