基于电化学驱动材料的新型梯型高分子的合成与性质研究

Electrochemical polymer actuator materials is a new class of smart polymer rising in recent years. Exploring new polymer actuator materials and studying their actuation mechanism have always been an important task for the polymer chemists. The hetero[8]annulene, diazocine, with a unique three-dimensional structure is of a class of aromatic molecules, which can exhibit conformation change from the boat- (neutral state) to planar- (dianion) structure reversiblly upon redox processes. These features facilitate diazocine to have important potential applications in many areas. In this proposal, we will synthesize novel ladder type actuator materials based on polydiazocine. The conformational change of such compounds with ladder-like structure can occur during a redox cycle. This can mimic electrical response of the muscle. The launching of the project can build a new class of ladder actuator polymer and research their actuating mechanism upon building their electrochemical devices, which can overcome the poor electric driving stability problems of traditional actuating polymers. As a result, development of the new electrochemical polymer actuator materials is of great significance.

高分子电化学驱动材料是近年兴起的一类新型智能高分子材料，设计合成新型的高分子电化学驱动材料并研究其驱动机制是高分子化学家的重要任务。二氮杂环辛四烯是一类具有独特三维结构的芳香分子，其结构可以在电化学氧化还原过程中可逆的发生船式和平面构象变化，这些特点使得其在很多领域具有重要的潜在应用价值。本课题以研究开发新型基于主链构象变化的梯型聚二氮杂环辛四烯为对象，拟合成具有全新结构的梯型聚二氮杂环辛四烯高分子化合物。该类化合物在不同氧化还原环境下，其主链发生构象变化，能够模拟肌肉的电响应特性。本项目的开展，能够构筑一类全新的具有电驱动活性的梯型高分子化合物，并制备电致驱动器件以及建立驱动机制模型，进而克服传统电驱动材料稳定性差的难题，这对开拓新型智能高分子材料具有重要意义。

高分子电化学驱动材料是近年兴起的一类新型智能高分子材料。二氮杂环辛四烯是一类具有独特三维结构的芳香分子，其结构可以在电化学氧化还原过程中可逆的发生船式和平面构象变化，使得其在很多领域具有重要的潜在应用价值。项目基于主链构象变化的梯型聚二氮杂环辛四烯为研究对象，设计合成了一系列聚合单体，并通过一步法聚合制备了梯型聚二氮杂环辛四烯高分子化合物，并对聚合物的分子结构、分子量和光电性能进行了表征，利用计算模拟得到了聚合物的空间结构。研究表明，聚二氮杂环辛四烯具有良好的溶解性与热稳定性。电化学循环伏安法研究其电化学行为发现聚合物在通电状态下存在氧化还原现象，通过计算模拟发现其主链发生构象变化，在模拟肌肉的电响应特性具有重要潜在应用。用紫外可见光谱方法研究了聚合物在不同pH下的吸收光谱行为。结果表明，在pH 1.2-3.0范围内聚合物对pH的变化表现了极高的光学敏感性，具有pH响应构象变化行为。进一步，将聚合物固定于石英片上制成光学pH传感器，研究传感器在不同pH下的特征吸收光谱。结果表明，聚合物在在一定pH范围内吸光度与pH值成线性关系。因此，聚二氮杂环辛四烯可以作为基于pH变化的传感器材料。最后，将聚合物与多壁碳纳米管接枝，制备了多壁碳纳米管/聚二氮杂环辛四烯复合材料，进而修饰电极，制备了多巴胺传感器。实验表明在一定的扫描速率下，其电流强度与多巴胺的浓度成线性关系，因此该修饰电极可望用于注射液中盐酸多巴胺的测定。综上，聚二氮杂环辛四烯作为一种新型的光学、电化学功能材料，在生物化学、分析化学、材料科学中具有重要研究价值。

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