卟啉复合薄膜的组装+文献综述(2)
3.7四羧基苯基卟啉钴和卟啉复合物薄膜的扫描电镜图 20
3.8实验中遇到的问题 20
4 结论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 前言
我们生活在一个神奇的大自然中，而这正是人类各种伟大建设和发明的源泉。生物体所拥有的功能往往比人工创造出来的机器杰出很多，如绿色植物光合作用的核心便是一个多步电荷转移系统，具有十分高的光致电荷移动和离散功能，人们希望通过模仿光合作用中心的结构、功能和工作原理，构筑分子水平的高效率的光电器件。
近几年来，人们对光物理和多组分的纳米结构组合件的光化学行为的探究做了很多的努力。有一段时间，这一领域的研究活动一直集中在官能化的金属纳米颗粒光电性能的研究设计上。这些研究几乎都是有关于金属纳米粒子表面染色单分子薄膜的自组装。
特别是，金属卟啉配合物是一种非常重要的分子，在许多生物和化学过程中起着至关重要的作用。它们由于具有优良的特性，有电子转移系统和光合作用，能将光能转化成化学能，因此在生物系统的催化反应中发挥重要作用。所以对于金属卟啉配合物自组装技术的研究成了近年来纳米化学的热门课题[1]。本论文利用自导向组装技术，设计合成具有特殊结构的卟啉单体，并进一步构筑三文有序的卟啉超薄膜，进而研究其光电性能。
1.1 卟啉类化合物
卟啉是血红素、细胞色素和叶绿素等生物大分子构造的重要部分，对自然界中的生命行为活动，包括能量、讯息和氧气的传递过程当中起特殊作用[2]。如叶绿素是植物光合作用的一个重要组成部分，还担任许多其他的角色，包括造血功能，提供文生素，解毒，电阻等[3]。叶绿素是镁卟啉化合物，包括叶绿素a、b、c、d等。叶绿素分子的主要组成部分是一个卟啉环(porphyrin ring)，它的作用是对光进行吸收，而血红素基团的核心部分是铁元素，与血红素基团存在差异的地方就是叶绿素卟啉环中含有一个镁原子。叶绿素分子吸收可见光来完成光合作用，这是经过转换卟啉环中单键和双键得以实现的。叶绿素与叶绿素之间的布局差异很小。比如拿叶绿素a和叶绿素b来举例子，单单在吡咯环Ⅱ上的附加基团上就存在差异：叶绿素a是甲基，叶绿素b是甲醛基。因为卟啉环Ⅰ上的乙烯基和酮基的转换还有在环Ⅱ上的两个双键被氢化，这就是细菌叶绿素和叶绿素a有差别的地方。叶绿素有很多功能，包括参与造血、供应文生素、抗病等[4]。
因为卟啉的二文共轭π电子结构和丰富的分子结构，易于裁剪性能，高光和热稳定性以及各种对金属原子络合性能，这使得人们非常关心这个方面的研究，因此也成为电化学研究的热点课题。
如果在卟啉环上修饰上不同的取代基、引入不同的中心金属、改变四个氮原子的给电子能力、或者改变不同的轴向配体，都会使自由卟啉或者金属卟啉显示出不同的功能。通常，将卟啉与金属盐在吡啶回流便可得到金属卟啉。
1.1.1 卟啉类化合物的结构
卟啉的母体化合物为卟吩（C20H14N4）(图1 a)，是杂环化合物的大分子，由四个吡咯类亚基的α-碳原子经过次甲基桥连接而创造的。有取代基的卟吩即称为卟啉，金属离子可以与卟啉环中N配位形成金属卟啉（图1 b）。金属卟啉是生物体赖以生存的基础，如存在于动物体内的血蓝素（铜卟啉），对动物体内细胞运输氧气，进行呼吸作用影响重大。叶绿素（镁卟啉）中的卟啉，是植物细胞进行光合作用的根本单元[5]。
卟啉化合物不但具备特有的电子构造和光电机能，用时具有优异的热稳定性和易于装饰等性质，在仿生化学、催化、太阳能行使、建筑材料、医学和分析化学等方面具有普遍的应用前景[6]。
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