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水是人们广泛研究的物质之一。无论是作为反应物本身还是作为溶剂分子都能显示出十分独特的性质。水分子具有极性,能够同相邻的水分子形成氢键,从而形成各种结构的水分子簇。这些水分子簇的微观结构随着外部条件的改变,有可能发生相变。而水是典型的偶极子体系,其极性随着结构的变化而改变,这正是介电谱的研究对象。所以研究水的介电行为,是研究其微观结构变化的有效手段。与此同时,水能够为质子传递提供良好的环境,研究限域在特定环境中水分子的质子传递行为,能够为研究生命体内一系列过程提供重要参考价值。因此,本论文以此为背景,将水分子限域在易于修饰改性、含有丰富质子源的有机超分子化合物中,以研究其介电行为和质子传递性质为出发点,主要包括以下几个方面:
第一章,简要介绍了介电原理及其在化合物结构表征中的应用,以及限域在不同环境下的水分子的介电行为的研究进展。同时介绍了水分子参与下质子传递机理,以及不同体系下对水的质子传递行为的研究,最后提出了本论文的选题背景和研究内容。
第二章,合成了有机超分子化合物{[C5H4N2O4][C3H6N6]·H2O}n,并测试其介电常数随温度和频率的变化。通过变温结构解析、差示扫描量热法、重氢效应等手段证明了单分子水对该化合物介电性质的影响。
第三章,以含有一维水链的有机超分子化合物[(C6H10N2)2(SO4)2·3H2O]n为研究对象,通过测试其导电性质来表征其质子传递行为。通过对变温阻抗谱的解析和结构表征,并结合对活化能的计算和介电性质的测试分析出质子传递的路径和产生导电各向异性的原因。