多金属氧酸盐(POM)作为一类特殊的无机化合物,因其具有丰富的化学成分和多样的拓扑结构,并在催化、医药以及光、电、磁等方面均展现出优异的性能而受到人们越来越多的关注。但是由于是无机化合物,其结构的改造和修饰难度很大,所以难以根据实际需要来控制其大小、形状以及物理化学特性。有机化合物具有优良的分子剪裁与修饰的功能,因此如何利用有机化合物对多金属氧酸盐进行化学改造,构筑结构可塑、稳定、坚固的新型杂化材料已成为材料科学领域中的重要研究课题。　　 树枝状大分子(dendron)作为一类具有三维立体结构的非线型大分子,其多样的化学结构以及规整的分子形状使这类大分子成为超分子体的最理想功能构筑单元。本研究工作的目的在于利用树枝状大分子对多金属氧酸盐进行有机的共价改性,制备出结构高度有序、稳定坚固的新型杂化材料,从而为多金属氧酸盐的应用开辟一条重要途径。　　 本论文设计并合成了一类新型的树枝状--多金属氧酸盐杂化分子。多金属氧酸盐处于杂化分子的中间,在两端通过共价键分别修饰两个外围含有两条或四条长烷基链的第一和第二代聚苄醚树枝状大分子,形成dendron-TBA3POM-dendron的结构。将杂化分子中多金属氧酸盐的抗衡离子由四丁基胺离子(TBA)置换为质子,成功合成了dendron-H3POM-dendron结构的杂化分子。我们仔细尝试现存的两种合成方法,并根据我们的体系进行改进,提出了1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC.HC1)/1-羟基苯并三唑-(HOBt)的合成路径,在提纯和产率上较前人都有很大提高。我们利用电喷雾离子源质谱(ESI-MS)、核磁共振(1H NMR)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)和能量分散X-射线谱(EDX)对目标分子的分子量和分子结构进行了详细的表征,所有的结果均证实目标分子的成功合成和结构的完整。　　 我们利用小角X光散射(SAXS)对杂化分子的大尺度超分子聚集态结构进行了研究。第一代TBA杂化分子在固态下形成了板材状超分子结构,质子化后的杂化分子则呈层状结构排列。第二代TBA杂化分子在固态下没有形成有序的超分子结构,这主要归结于杂化分子中TBA对于形成有序结构的阻碍作用,而质子化的杂化分子则形成了非常规整的六棱柱状的超分子排列。两代杂化分子质子化前后超分子结构的巨大变化充分体现了质子化对于杂化分子超分子结构的影响。　　 其次,我们利用广角X光衍射(XRD)对杂化分子中小尺度的烷基链排列方式进行了研究。杂化分子在衍射角为20°附近出现弥散峰,结合FT-IR的数据,说明第一和第二代杂化分子中烷基链均不结晶呈无规排列。接下来,我们对多金属氧酸盐和树枝状大分子的分子尺寸进行了模拟,所得到的结果佐证了烷基链无规排列的结论。　　 在进一步的工作中,我们利用透射电镜(TEM)和偏光显微镜对杂化分子的溶液态行为进行了初步的研究。通过TEM我们观察到规整地线状排列结构,这归结于多金属氧酸盐中无机元素强烈的电子密度反差,从而证实了多金属氧酸盐的存在和结构的完整。借助偏光显微镜我们观察到第一和第二代杂化分子分别形成了微米级的层状晶体和针状晶体。　　 本课题通过树枝状大分子利用共价键对多金属氧酸盐进行化学修饰,第一和第二代杂化分子中质子化的多金属氧酸盐分别形成有序的质子层和质子柱。这些新型的杂化材料今后有望在质子交换膜燃料电池中作为质子交换膜而被广泛应用。