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关键词： 定量结构性质关系   吲哚啉   最大吸收波长   多元线性回归  

摘要： 本文建立了吲哚啉染料最大吸收波长(λmax)的定量结构性质关系(quantitative structure property relationship,QSPR)模型,采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)算法建立了QSPR模型,应用留一交叉验证和外部测试集验证这2种方法对模型的性能进行了评估。留一交叉验证的均方根误差(RMSE)、平均相对误差(MRE)和留一交叉验证相关系数,分别为38.808、4.65%和0.635。外部测试集验证中,RMSE、MRE和决定系数分别为31.109、3.84%和0.749。实验结果表明,所得模型具有良好的预测能力和稳健性,可用于吲哚啉染料λmax的预测,MLR可用于建立吲哚啉染料λmax的QSPR模型。

关键词： 光催化   C-TiO_(2)   溶剂热   核壳结构  

摘要： 化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

关键词： 压敏染料   合成   苯酞   缩合   氧化   单晶分析  

摘要： 以对二甲氨基苯甲醛和间二甲氨基苯甲酸为原料,经过缩合、水解和氧化得到中间体6-二甲氨基-2-(4-二甲氨基苯酰)苯甲酸,其再与1-丁基-2-甲基吲哚发生缩合反应得到目标化合物3-(4-二氨基苯基)-3-(1-丁基-2-甲基-吲哚-3-基)-6-二甲氨基苯酞,4步反应总收率58%。目标化合物的结构经1HNMR和单晶测试确证。基于紫外-可见吸收光谱分析结果,结合理论计算,研究了该化合物的变色机理。结果表明,化合物在酸性条件下发生水解和消除反应,增加分子共轭,导致吸收光谱红移,是影响该化合物变色的关键因素。

关键词： 有机氟硼染料   氟硼染料   合成   光学性质  

摘要： 有机双硼荧光染料具有独特的平面刚性结构和优异的光物理化学性质,例如高摩尔吸光系数、高荧光量子产率和高光化学稳定性等,在生物医学和光电材料等领域已得到广泛应用。近期,吡咯吡啶肼腙双硼荧光染料（BOPPY）因其不对称、刚性和易于修饰备受关注。然而,目前高性能BOPPY荧光染料种类仍然非常有限,特别是在聚集态中,需要增强其固态荧光量子产率。此外,刚性结构的BOPPY染料的溶解度和理化性质还有待进一步调节和改进。因此,设计开发结构新颖、性能更加优异的BOPPY有机双硼荧光染料具有重要意义。 为了克服以上问题,本论文发展了系列高固态荧光量子产率的新型BOPPY有机双硼荧光染料。具体内容如下: 论文利用吡咯酮衍生物与吡啶肼在酸性条件下缩合,然后进一步氟硼配位,设计合成了系列新型meso-位芳基（Ar）/烷基取代的BOPPY和N/O/S插入的BOPPY荧光染料。这些新型BOPPY染料绝大多数都具有很好的溶解性以及优异的光物理化学性质。例如,meso-位烷基取代基或氧取代的BOPPY染料表现出高达79%的溶液荧光量子产率,74%的最高固体荧光量子产率和与极性无关的长寿命（最高为3.25 ns）。meso-位Ar或吡啶上N-取代的BOPPY显示高达93%的高溶液荧光量子产率。然而,吡啶上S-取代的BOPPY染料在各种溶剂中均显示出较弱的荧光,这是由于N-C-S键的柔性结构所导致。飞秒时间分辨瞬态吸收光谱进一步证实了S-取代的BOPPY染料在极性溶剂中显著的激发态结构重排。尽管有些新型BOPPY染料在乙腈中荧光很弱,但它们表现出聚集诱导发射增强以及较强的固态发射特性。上述实验结果对BOPPY染料的结构和光物理化学性质的进一步发展和潜在应用提供了宝贵的经验。 此外,论文还将BOPPY骨架中的吡咯醛替换成简单易得的1-氨基-1H-异吲哚-3-胺,与吡啶肼衍生物进行缩合,然后在磷酸钾碱性处理下与Ar硼酸进行配位,一锅高效合成了新型不对称的亚氨基修饰的苯并BOPPY。该类骨架首次将两个BAr2单元固定在吡咯吡啶肼腙希夫碱配体上,提高结构不对称性和刚性的同时,有效防止了因π-π堆积等因素引起的荧光猝灭。同时,我们也发展了BF2与BAr2同时刚化配体的新型BOPPY。所发展骨架的结构多样性可通过硼酸和2-肼基吡啶衍生物结构的多样性来实现。该类染料在各种溶剂中都表现出很好的溶解性,并且在溶液的发光行为几乎不随溶剂极性变化而变化,尤其是都保持高荧光量子产率。令人兴奋的是,该类染料和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制备而成得薄膜都表现出明亮的绿色荧光,并且都具有很高的荧光量子产率。例如,3,5-二（三氟甲基）苯硼酸和BF2不同硼源配位的BOPPY绿色荧光染料在溶液和PMMA薄膜中分别表现出高达82%和69%的高荧光量子产率,是一类双态发光分子的理想骨架。同时,该类染料还具有较高的摩尔吸收系数(最高为1.07×10～4M-1·cm-1)、大的斯托克斯位移(最大为4400 cm-1)以及优异的光化学和p H稳定性。此外,细胞毒性实验表明该类染料几乎无毒以及具有良好的生物相容性,并且在活细胞中显示出高度脂质体特异性定位（Pearson相关系数为0.90）和双光子荧光特性。该类染料独特的分子结构和优异的光物理性质为BOPPY染料在生物成像和光电材料领域的进一步发展提供了重要参考。

关键词： 铁基非晶合金   脱合金   纳米多孔结构   降解性能   偶氮染料  

摘要： 偶氮染料作为纺织业的主要污染物之一,具有生物降解性低、毒性大和致癌性强等特点,严重威胁了自然环境和人类健康。如何高效、快速降解偶氮染料废水已经成为研究热点。零价铁还原法因其成本低和环境友好等优点被广泛研究,但常规使用的零价铁粉存在降解速率较低、稳定性差和腐蚀损耗快等问题。纳米多孔结构材料具有大的比表面积和高的孔隙率,能够为化学反应提供丰富的活性位点及物质传输通道,因而在催化、燃料电池和污水处理等领域被广泛应用。本实验通过退火处理制备含α-Fe相的铁基非晶-纳米晶合金条带,利用脱合金法选择性腐蚀α-Fe相得到三维纳米多孔结构,增大条带的比表面积,并系统地研究其对偶氮染料的降解性能与机理。具体研究内容和结果如下: 1、通过将Fe79.5Si9.5B11非晶合金条带在不同温度下（500℃、520℃、540℃和560℃）进行退火处理得到非晶-纳米晶合金条带,随后对其采用脱合金处理以制备纳米多孔铁基材料,对脱合金前后材料的组织结构、形貌和化学成分进行表征分析,研究退火温度、脱合金时间和溶液对多孔结构的影响,并探讨脱合金机理。结果显示退火温度在520℃及以上得到的前驱体可以通过脱合金处理制得纳米多孔结构,这归因于前驱体中的α-Fe选择性溶解,其中H2SO4和柠檬酸溶液有利于制备出孔洞-韧带双连通的纳米多孔结构,H3PO4溶液在脱合金过程中会形成片状磷酸盐,且制备的多孔结构较为致密;随着退火温度升高,纳米多孔结构更加均匀,条带的比表面积增大;在脱合金20 min后,继续延长时间会使多孔结构的韧带粗大,导致孔隙率降低。 2、对比研究了非晶合金条带和分别使用H2SO4、H3PO4和柠檬酸溶液进行脱合金处理（np-SA-FeSiB、np-PA-FeSiB和np-CA-FeSiB）后条带的金橙Ⅱ偶氮染料降解性能。结果表明在相同降解条件下,np-SA-FeSiB条带对金橙Ⅱ的降解性能最好,是非晶条带的3.13倍,而np-PA-FeSiB条带降解性能最差,降解速率相较于非晶条带下降了32%。这主要是因为np-SA-FeSiB条带表面的纳米多孔结构增加了其比表面积,为染料的吸附和还原提供了丰富的活性位点,因而具有较高的降解活性;而np-PA-FeSiB条带表面的磷酸盐阻碍了条带内层Fe0参与反应,从而抑制反应发生。 3、首先研究了不同脱合金时间条带对金橙Ⅱ偶氮染料的降解性能,随后针对np-SA-FeSiB条带,研究了环境因素和循环降解实验对其降解偶氮染料的影响。结果表明,降解反应速率随着脱合金时间的延长先上升后下降,在脱合金时间为20 min时速率最快。np-SA-FeSiB条带在不同条件下（不同p H、染料浓度、温度和条带用量）均表现出优异的降解性能。尤其是在p H为11的条件下仍能高效降解金橙Ⅱ偶氮染料,其降解反应速率为0.359 min-1,这归功于多孔氧化层在碱性条件下依然能够保持高活性。此外,np-SA-FeSiB条带表现出良好的耐久性,自身更新能力使其在循环降解实验中表现出色。

关键词： 锂离子电池   有机电极   多羰基染料   靛蓝   萘二酰亚胺  

摘要： 日益增长的储能需求推动了二次电池,尤其是锂离子电池的快速发展。作为电池的重要组成部分,电极材料的选择对电池的性能十分重要。和传统的无机电极材料相比,有机电极材料由于成本低、合成简单、具有丰富的结构多样性和可调控性,为电极材料提供了更广泛的可能性和选择空间。其中,有机共轭羰基化合物具有较好的氧化还原稳定性、高理论容量和反应动力学快等优点,成为当前最有前景的电极材料候选之一,但是仍然存在小分子电极材料在电解液中的溶解从而造成循环稳定性差、材料利用率低等问题。将共轭羰基化合物作为核心骨架引入到不溶的多孔有机聚合物体系中,不仅可以有效抑制小分子电极材料的溶解,还提供了丰富的比表面积和孔隙结构利于离子和电子的高效传递。开发结构多样的新型含多羰基的多孔有机聚合物材料体系,揭示具有不同羰基结构的电化学活性对锂离子电池性能的影响因素是当前的研究重点。在此基础上,本文选择含多羰基结构的低成本的靛蓝类、异靛蓝类及萘二酰亚胺类染料分子为核心组分,通过分子结构设计和不同的聚合策略,制备了三类含多羰基结构的多孔有机聚合物用作锂离子电池的活性正极材料,并研究了它们的电化学性能、储锂机理以及结构对性能的影响。论文的主要研究内容和结果如下: （1）以互为同分异构体的6,6'-二溴异靛蓝（DBISO）和6,6'-二溴靛蓝（INO）两种染料分子作为核心骨架,分别通过Sonogashira偶联反应与1,3,5-三乙炔基苯（TEB）聚合制备了两种具有大比表面积的多孔有机聚合物DB-TEB以及IN-TEB。通过与多壁碳纳米管原位聚合的方式制备了复合材料DB@CNT和IB@CNT用作锂离子电池的正极,并探讨其电极材料的应用性能。实验证明,核心单体染料中的C=O官能团是两种电极材料的活性位点,两种材料具有相同的理论比容量。相比DB@CNT,IB@CNT电极具有更高的可逆容量(在0.1 C下提供比容量98.45 m Ah g-1)、优异的倍率性能(2 C下可以提供比容量43.53 m Ah g-1)以及循环稳定性（0.5 C下循环300圈后,库伦效率稳定在96.29%,容量保持率为60.38%）。 （2）以具有萘二酰亚胺染料结构的N,N'-对乙腈苯-3,4,9,10-萘二酰亚胺（NBA）分子作为核心骨架,通过Knoevenagel缩合反应与苯-1,3,5-三甲醛（TFB）聚合制备了含sp2烯烃结构的多孔有机聚合物NBA-TFB。作为对比,与含有C=N基团的连接体4,4',4''-（1,3,5-三嗪-2,4,6-三基）三苯甲醛（TFPB）聚合得到聚合物NBA-TFPB,来提高电池的比容量。实验证明,核心单体NBA中的C=O官能团是电极材料的活性位点,且NBA-TFPB中的C=N官能团同样具有氧化还原活性。对比NBA-TFB,NBA-TFPB电极表现出了更高的可逆容量(在0.2 C下提供比容量87.58 m Ah g-1,循环100圈后容量保持88.34%),优异的倍率性能(5 C下可以提供比容量66.13 m Ah g-1)和稳定的循环性能（1 C下循环2000圈后,库伦效率稳定在99.58%,容量保持率为60.71%）。

关键词： 镍铝水滑石   吸附   类Fenton催化   光催化   染料废水  

摘要： 随着工业化和城市化的推进和升级,染料污染问题日渐突出,开发高效环保的染料污水处理材料具有重要意义。水滑石,又称层状双氢氧化物(LDH),由于诸多的优点和独特的性质,LDH及其改性材料在吸附、类Fenton催化、光催化、电催化等方面具有广泛应用。然而,单一的LDH无法满足实际应用场景的需求,例如对阳离子型染料吸附性能几乎丧失、稳定性差、光催化性能差等问题需要解决。因此,如何通过对LDH的改性设计,构筑高性能、高稳定性、多次回收利用和环保经济的LDH多功能染料去除处理复合材料具有重要的研究价值。 针对上述问题,本论文以镍铝水滑石(NiAl-LDH)为主体,设计并制备了具有3D花状微球结构的复合材料。实现了吸附、类Fenton、光催化多功能同时对阴离子型染料(刚果红:CR)和阳离子型染料(亚甲基蓝:MB、孔雀石绿:MG)去除,并阐明性能增强机理。研究成果为LDH基多功能复合材料处理染料污水应用提供了理论指导和数据支撑。主要研究内容和结果如下: 1.针对NiAl-LDH吸附性能不高以及pH稳定性差的问题,采用两步水热法构建了由金属有机框架(MOF-235)衍生的3D花状微球氢氧化氧铁杂化镍铝水滑石(FeOOH@NiAl-LDH)高效吸附剂。FeOOH@NiAl-LDH更大的比表面积和孔容提供了更多的吸附位点和孔隙空间从而增强吸附性能,其最大理论吸附容量为1297.0 mg/g,是NiAl-LDH的2.6倍。此外,FeOOH@NiAl-LDH稳定性和抗干扰性显著增强,强碱性溶液中仍能高效去除CR,并且能够保持完好的结构。经过五次循环再生后吸附率仍高达86%,吸附之后仍保持良好的结构和形貌,具有优异的循环再生和重复使用能力。 2.针对NiAl-LDH本身易发生团聚和对阳离子型染料吸附性能差的问题,采用简单的水热法制备了3D花状的NiAl-LDH,然后在NiAl-LDH上原位生长氧化铜(CuO)纳米颗粒构建了氧化铜杂化镍铝水滑石(CuO@NiAl-LDH)类Fenton催化复合材料,CuO颗粒的均匀分布避免了严重团聚。CuO@NiAl-LDH具有优异的催化性能,120分钟内对MB的降解效率接近99%,其降解速率常数(k)分别是NiAl-LDH和CuO的20倍和93倍。同时,对阴离子型CR染料仍然保持高效吸附性能。良好的稳定性和抗干扰性赋予了优异的循环再生和重复使用能力。此外,得益于双金属的氧化还原循环反应,持续将过氧化氢(H2O2)活化分解为大量的活性氧(ROS)从而有效降解MB。生物毒性评估表明高毒性的MB经过降解后整体生物毒性大幅下降。 3.针对因NiAl-LDH导电性差、光诱导载流子分离效率低、光吸收能力不高导致光催化性能差的问题,通过两步水热法构筑了三元耦合氮化碳杂化氯氧化铋杂化镍铝水滑石(g-C3N4@Bi OCl@NiAl-LDH)双Z型异质结光催化剂。该催化剂具有更高的载流子分离效率、更小的载流子迁移电阻和较高的光稳定性从而显著增强了光催化性能。对MG的去除率达到96%,其降解动力学常数分别是NiAl-LDH、氮化碳(g-C3N4)和氯氧化铋(Bi OCl)的29.5、3.0和2.0倍,同时对阴离子型CR染料仍然保持高效吸附性能。良好的稳定性和抗干扰性赋予了优异的循环再生和重复使用能力,且生物毒性评估表明高毒性的MG经过降解后整体生物毒性大幅下降。

关键词： D-A-D结构   苯并[1,2-c:4,5-c’]双噻二唑   近红外二区   荧光成像   肿瘤微环境  

摘要： 近红外二区（NIR-Ⅱ）荧光成像具有组织穿透能力强和分辨率高等优势,在医学影像领域具有广阔应用前景。有机荧光染料因其结构可调、功能可定制和生物安全性高等特点,已被广泛应用于生物成像。但是,大多数有机染料的吸收波长较短,在组织荧光成像中的信噪比（SBR）低且穿透能力较差。受制于分子能隙定律和聚集诱导猝灭（ACQ）效应,长波吸收NIR-Ⅱ染料的发光效率较低。因此,如何延长吸收波长并提高发光效率是NIR-Ⅱ有机染料所面临的挑战性难题。本论文基于分子构象平面化策略,合成了一系列基于苯并[1,2-c:4,5-c’]双[1,2,5]噻二唑（BBT）的长波吸收NIR-Ⅱ荧光染料,并通过分子掺杂策略抑制ACQ效应,提高发光效率,探究其在活体光学诊疗中的应用。 为了阐明NIR-Ⅱ荧光猝灭机制,将不同构型的BBT衍生物（TPA-BBT、FT-BBT和BTBT-BBT）掺杂到小分子基质中,研究光物理性质随掺杂浓度的变化规律。研究结果表明扭曲结构的TPA-BBT的荧光猝灭是由于分子间的短程交换相互作用导致,而平面构型的FT-BBT和BTBT-BBT表现出从长程偶极-偶极相互作用转变为交换相互作用的过程。当荧光分子的掺杂浓度约为2.5 wt%时,FT-BBT和BTBT-BBT纳米粒子（NPs）呈现最佳的NIR-Ⅱ荧光亮度。因此,掺杂策略可以抑制荧光长程能量迁移,提高平面构型NIR-Ⅱ荧光团的发光效率。 为了进一步拓展NIR-Ⅱ染料的吸收和发射光谱,引入具有强给电子能力的三苯胺基团以增强分子内电荷转移,设计了平面分子构象的BBT基供体-受体-供体（D-A-D）结构有机染料（T-BBT和BT-BBT）,吸收光谱扩展到NIR-Ⅱ区域,在1064 nm处的摩尔消光系数（ε）分别为3.05×10～4 L mol-1 cm-1和1.64×10～4 L mol-1 cm-1。结构刚性会削弱与电子振动耦合相关的非辐射衰变途径,T-BBT和BT-BBT在二氯甲烷中的荧光量子产率（PLQY）分别为3.6%和13.5%。利用分子掺杂策略抑制荧光长程能量迁移,减轻ACQ效应。当掺杂浓度为2.5 wt%时,BT-BBT NPs的PLQY可达2.0%。这表明掺杂策略可以缓解结构平面化有机染料的长波吸收和高发光效率之间的矛盾。在980 nm激光激发下,它能实现高分辨血管和肿瘤的NIR-Ⅱ荧光成像。 肿瘤微环境（TME）的复杂性和多药耐药性对肿瘤治疗提出了重大挑战。为了解决这些问题,通过模块化设计策略开发了一种GSH/H2O2响应型有机光诊疗纳米平台。设计并合成了基于BBT单元的NIR-Ⅱ染料、H2O2响应性前药和GSH响应性分子,将其共组装制备成多组分NPs（CD-2A895 NPs）。一方面,由于GSH/H2O2响应行为,CD-2A895 NPs可诱导细胞内GSH耗竭和活性氧（ROS）上调,降低GSH参与的细胞解毒作用,提升苯丁酸氮芥的药效;另一方面,NPs表现出高吸光能力、较高的PLQY（0.32%）和良好的光热效应,具有良好的荧光成像和癌细胞杀伤能力。多功能的CD-2A895 NPs可作为优异的NIR-Ⅱ荧光/光声成像引导肿瘤化学/光热治疗的光诊疗试剂。