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酞菁(H2Pc) 金属酞菁(MPc)
图1.1 酞菁化合物的结构示意图
金属原子可以取代位于该平面分子中心的两个氢原子而生成金属酞菁化合物（结构如上）。根据金属和金属化合价的不同，可以合成一系列的金属酞菁化合物。中心金属M的化合价可以是单价，也可是二价，如Li2Pc、MgPc、CuPc等；当其中心金属是三价时，M可是金属氯化物和金属氢氧化物中的金属离子，如AlClPc和A1OHPc等中的Al+++；当中心金属是四价时，M可以是金属氧化物、金属二氯化物、金属二氢氧化物中的金属离子，如TiOpc，SiC12Pc，Si(OH)2Pc等中的Ti+4/和Si+4。同时，金属酞菁化合物中心金属离子的不同，其固态颜色也会在暗蓝、青铜和绿色之间变化。由于酞菁环中的两个N原子与金属生成配位键，所以在金属酞菁分子中只有16个π电子。又由于分子的共扼作用，与金属原子相连的共价键和配位键在本质上是等同的。酞菁周边的四个苯环上有16个氢原子，它们可以被多种原子或基团取代，从而衍生出许许多多的酞菁衍生物。迄今为止，已有5000多种酞菁化合物被合成出来。
酞菁分子的这种结构使它具有非常稳定的特性，耐酸、耐碱、耐水浸、耐热、耐光及耐各种有机溶剂，性能十分优异。一般酞菁化合物的热分解温度在450℃以上，在有机溶剂中的溶解度极小，并且几乎不溶于水。因此，人们采用不同的取代基如：-SO3H、-NO2、烷基、芳基等来改善酞菁化合物在不同溶剂中的溶解性。相对而言，酞菁化合物在冷的浓硫酸溶液中比较稳定，它可以溶解在其中，并且当硫酸浓度降低时又可以从中析出来。酞菁化合物的这种特性常常被用于它的提纯。
1.1.2 应用领域
酞菁化合物一问世。便以其独特的颜色、低廉的生产成本、优异的稳定性和着色性，受到人们的关注。最早得到工业应用的是酞菁铜，由于它的颜色鲜艳，各项性能指标好而用作有机颜料。在随后的三、四十年中各种金属酞菁化合物的研究得到了很大的发展，但仍局限于颜料、油墨和催化剂等等方面的应用。进入七十年代中期以后，随着现代高技术的发展，出现了对功能性染料的需求，而酞菁类化合物以其独特的光化学、光物理性质及廉价、低毒的优点，引起材料化学家们的极大关注，其主要应用可归纳为如下几个方面：电子照相、光伏电池、气体和生物传感器、液晶和电致变色、红外吸收剂、光盘燃料、非线性光学材料、电致发光，此外，酞菁化合物还在电致变色、场效应晶体管、多相催化以及核化学等方面均有研究。
气体和传感器[3]，酞菁化合物可作为电子受体而具有电子传导性。研究发现由酞菁化合物制备的传感器对O2、NO、NO2、CO、Cl2、Br2等气体具有很好得敏感性。近年来的研究表明酞菁材料对环境的电导敏感性不仅在基础研究方面备受瞩目，而且作为活性组分在半导体器件中的实际应用的可能性已得到证实。
采用酞菁材料来检测一些生物方面的重要化合物也是一个极其活跃的研究领域。其作用原理是在酞菁化合物修饰的电极上，酞菁分子的催化性质会影响靶标生物分子的氧化过程和氧化深度，通过测量反应过程中的电流变化来达到定量测定体系中靶标生物化合物的含量的目的。结合传感器技术和液相色谱技术已实现测定血浆中低浓度的基化合物、半胱氨酸、谷光甘肽和胆固醇等。
由于酞菁化合物的电催化检测一般都与化合物的氧化过程有关，因此酞菁化合物对O2的电催化还原将是本课题的重点研究内容之一。