氯化氢气体敏感型光化学传感材料的理论设计、合成及应用研究

Hydrogen chloride gas is one of the necessary materials for applications in electronics industry, pharmaceutical and chemical industry. Simultaneously, it is one of the major pollutants in the atmosphere. Therefore, exploiting photochemical sensing materials with high performance on hydrogen chloride gas is becoming increasingly important to quickly and accurately detect the concentration of hydrogen chloride in the workplace. This topic draws on disscussions of the relationship between the chemical structure of photochemical sensing materials and their properties. Additionally, the effects of the introduced groups, attended mode and substituent position on sensing properties are also invesigated to provide the theoretical basis for design and synthesis of novel photochemical sensing materials on hydrogen chloride gas. In view of the theoretical results, we have prepared easily modified Schiff-base compounds with high yields and favorable performance for fast and accurate detection of hydrogen chloride gas. This work overcomes the deficiency in developing photochemical sensing materials on hydrogen chloride gas, and expands the application fields of Schiff-base compounds.

氯化氢气体是电子工业、医药化工行业所必需的原料之一，同时它也是大气主要污染物之一。因此，开发高性能的氯化氢气体光化学传感材料，对于准确快速检测氯化氢气体是极为重要的工作。本课题理论与实验相结合，从理论上探讨氯化氢气体光化学传感材料的结构与性能的关系，揭示作用机理；探索引入基团、连接方式和取代基位置等因素对传感材料性能的影响，为设计开发新型氯化氢气体检测光化学传感材料提供理论依据。依据理论研究结果，从实验上合成性能好、路线简单、收率高的的希夫碱类氯化氢气体光化学传感材料,实现氯化氢气体的准确快速响应，填补氯化氢气体检测传感材料的不足。拓展希夫碱类化合物的应用领域。

通过密度泛函理论和含时密度泛函理论方法对5类席夫碱化合物结合氯化氢分子前后的分子模型进行了基态几何结构优化和激发态计算, 考察了星型共轭结构中核心位置基团以及枝干末端基团的推、拉电子性对化合物结合氯化氢分子前后的分子构型、前线分子轨道分布以及光谱性质的变化的影响，为合成新型高效氯化氢气体传感材料提供了理论依据。计算结果表明，核心位置基团的吸电子性促进分子共轭，提高分子稳定性；核心位置集团的供电子性以及枝干末端的吸电子性不利于分子共轭；枝干末端的供电子性对分子构型影响不大。核心位置基团的吸电子性，枝干末端基团的供电子性均会加大化合物结合氯化氢分子后的红移程度；核心位置基团的供电子性则会降低化合物结合氯化氢分子后的红移程度；枝干末端基团的吸电子性对其影响不大。.设计合成含三苯胺单元的星型席夫碱化合物，用于HCl气体检测。运用1H-NMR对化合物的结构进行确定表征，运用紫外光谱探讨化合物在不同形态(溶液、净薄膜、聚合物掺杂薄膜)下，对HCl气体的响应行为。结构表明，三个化合物在不同状态下均能与HCl气体发生质子化作用，紫外吸收光谱发生明显红移。因此，三个化合物具有应用于化学传感器的潜能。.设计并合成的新型荧光三嗪基共价有机聚合物—COP-1用于检测HCl和NH3气体。溶剂分散的COP-1粉末和COP-1薄膜均对HCl和NH3气体表现出稳定的荧光响应。COP-1粉末可用于连续检测液体介质中的HCl和NH3气体。制备的COP-1薄膜用于可逆检测HCl和NH3气体，HCl气体的检出限为1.0967×10-4，NH3气体检出限为5.8925×10-4。量子化学计算表明，COP-1粉末或薄膜对HCl的荧光淬灭和红移响应源于三嗪环的N原子对氢质子或HCl气体的吸附。三嗪环带负电的N原子与带正电的氢质子或HCl之间的相互作用可能导致电荷转移（CT）状态。随后将HCl气体预处理的COP-1粉末或薄膜暴露于NH3气体中引起去质子化或解吸，导致恢复荧光。作为一种具有可视化且易于操作的检测手段，为以后连续检测酸性和碱性气体提供了可行的方案。