题目：氨基酸插层锰氧复合材料的合成、表征及形成过程研究

超分子化学是研究基于分子间非共价键相互作用而形成的分子聚集体的组成、行为与结构的科学。随着超分子化学的发展，人们越来越清楚地认识到，超分子化学不仅提供了一条用分子聚集体来创造新物质的途径，而且对传统的合成化学、材料化学、生命科学和纳米科学与技术产生了深远的影响。功能层状化合物按组成结构主要分为无机层状合物和有机层状化合物。无机层状化合物主体层板平面内的原子是以牢固的共价键相结合，相邻层与层之间是以常见的范德华力或静电引力等非共价键相互作用。这样的结构不仅可以使客体离子插入到主体层间，使得无机层状化合物的层间距可以根据需要进行调控。利用无机层状化合物的这个结构特征，通过插入反应，可以在层间插入具有光、电、磁或催化等特性的客体分子或离子，从而达到利用主客体之间的相互作用来制备各种不同性质的无机层状功能材料。这类材料是一大类具有超分子结构的插层功能材料。插层组装的主体为层状结构化合物，不同性质和结构的客体分子或离子嵌插进入主体层间，通过主客体间的协同作用，可以使插层材料展现出较单纯主、客体更为丰富的光、电、磁、催化等性能，因而制备不同性质和结构的插层功能材料己成为材料科学领域最活跃的研究领域之一。
层状二氧化锰由于具有特殊的结构和性质，使得其在离子筛、分子筛、催化材料、锂电池的正极材料和新型磁性材料等领域具有广阔应用前景。层状二氧化锰由氧化锰八面体共边而成，层与层间被水分子和可交换的阳离子占据，因而具有较高的离子交换活性。通过插入反应可以将结构和性质独特的无机、有机或复合物客体插入到层间，得到性质特殊的超分子插层复合材料。国内外对于层状二氧化锰插层复合反应的研究主要集中在离子交换技术、分步插入技术等手段，而对于不同结构和性质氨基酸分子作为客体插入到层状二氧化锰层间以及影响插层复合材料形成的影响因素研究较少。
本论文以层状结构二氧化锰为前驱物，首先通过层状二氧化锰剥离得到了负电性二氧化锰纳米层分散体，选择不同结构功能性氨基酸为插层客体粒子，应用剥离/重组技术研究了不同结构氨基酸对于层状二氧化锰的插层反应行为，制备了系列氨基酸插层二氧化锰复合材料、进行了制备材料的分析表征，探讨了氨基酸插层二氧化锰复合材料的形成规律，主要工作分为以下几个方面：
第一章为无机层状功能材料研究进展评述。系统论述了无机层状化合物的分类、结构、制备、改性方法与应用前景；通过评述二氧化锰结晶化合物的分类、结构、制备和性质，介绍了二氧化锰插层复合功能材料的制备方法、性能表征和应用研究；讨论了不同结构氨基酸客体分子合成层状功能复合材料的研究现状与发展前景。
第二章论述了以脂肪族碱性氨基酸赖氨酸和精氨酸为客体分子，以剥离得到的负电性二氧化锰纳米层为插层组装主体，采用剥离/重组技术制备赖氨酸插层二氧化锰复合材料(LILMON)和精氨酸插层二氧化锰复合材料(ARILMON)。通过研究组装体系溶液pH值及客体浓度对于组装反应的影响，确定了脂肪族碱性氨基酸插层二氧化锰复合材料的最佳制备条件。用X-粉晶衍射、扫描电镜、元素分析、红外光谱和热分析技术分别对制备复合材料进行了结构、形貌、组成和热稳定性表征。实验结果表明，赖氨酸和精氨酸插层二氧化锰复合产物LILMON和ARILMON保持了层状结构。层间距为1.24nm的赖氨酸插层二氧化锰复合材料的最佳组装条件为反应体系pH为4.0~10.0，赖氨酸浓度为0.18mol/L，最大插入量为1.42mmol/g；而层间距为1.48nm的精氨酸插层二氧化锰复合材料的最佳组装条件为反应体系pH为4.0~11.5，精氨酸浓度为0.15mol/L，最大插入量为1.77mmol/g，赖氨酸与精氨酸几乎以垂直于二氧化锰纳米层的方式插入到二氧化锰层间。
第三章以咪唑杂环碱性氨基酸组氨酸为客体分子，以剥离得到的负电性二氧化锰纳米层为插层组装主体，采用剥离/重组装技术合成出了组氨酸插层二氧化锰复合材料(HILMON)。讨论了组装体系pH值及组氨酸浓度对于重组反应的影响，用X-粉晶衍射、扫描电镜、元素分析、红外光谱和热分析技术对HILMON的结构、形貌、组成和热稳定性进行了表征。研究结果表明，具有较大空间位阻结构的组氨酸插入到层状二氧化锰中得到的组氨酸插层二氧化锰复合材料保持了层状结构，层间距为1.39nm，组氨酸插层二氧化锰复合材料的组装反应条件为体系pH为2.9~7.6，组氨酸浓度为0.15mol/L，组氨酸的最大插入量为1.51mmol/g，组氨酸以单层分子状态插入到二氧化锰纳米层间。
第四章以含有吲哚环中性芳香氨基酸色氨酸为客体分子，以剥离得到的负电性二氧化锰纳米层为插层组装主体，应用剥离/重组装技术制备了色氨酸插层二氧化锰复合材料(TILMON)。讨论了合成介质pH值及色氨酸浓度对于重组反应的影响，优化了最佳制备条件。用X-粉晶衍射、扫描电镜、元素分析、红外光谱和热分析技术对色氨酸插层二氧化锰复合材料进行了结构、形貌、组成和热稳定性表征。实验结果表明，具有较大空间位阻结构的色氨酸插入到层状二氧化锰中得到的色氨酸插层二氧化锰复合材料具有层状结构，其层间距为1.79nm。最佳组装反应条件为体系pH为4.9~8.3，色氨酸浓度0.15mol/L，最大插入量为3.56mmol/g，色氨酸以双分子层排列方式插入到二氧化锰纳米层间。
第五章论述了脂肪族非蛋白氨基酸11-氨基十一烷酸插入二氧化锰纳米层间的组装反应行为，讨论了11-氨基十一烷酸作为客体分子插层组装反应溶液的pH及AUA浓度对重组反应的影响。用X-粉晶衍射、扫描电镜、元素分析、红外光谱和热分析技术进行了11-氨基十一烷酸插层二氧化锰复合材料AUAILMON的结构、形貌、组成和热稳定性表征。实验结果表明，11-氨基十一烷酸以垂直于二氧化锰纳米层方式插入到二氧化锰层间，得到了层间距为2.31nm的层状复合材料。组装反应最佳条件为溶液的pH为2.0~3.3，11-氨基十一烷酸浓度0.07mol/L，11-氨基十一烷酸的插入量为1.36mmol/g。
本研究通过将不同结构与性质的氨基酸分子插入到二氧化锰层间，制备了系列氨基酸插层二氧化锰复合材料，并进行了制备材料的结构表征和形成过程讨论，丰富了无机层状功能材料领域的研究领域。采用剥离重组技术将空间位阻较大的客体分子或离子嵌入到无机纳米层间，克服了采用传统插入反应不能将空间位阻较大的客体离子或分子插入到无机纳米层间的弊端，这为通过主客体插层反应合成功能层状材料提供了新的制备途径。另外，制备的氨基酸插层二氧化锰新型功能复合材料不仅作为酸碱反应的手性催化剂及对映选择生物活性材料，在分离科学领域和作为药物输送系统载体及生物传感器等方面期待得到应用。