化学修饰的水溶性碳纳米管
碳纳米管表面处理方法
碳纳米管表面处理方法碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有管状结构的纳米材料，具有很高的比表面积、优异的导电性和力学性能，因此在各个领域有着广泛的应用前景。
然而，碳纳米管的应用受到了其表面的独特结构和性质的限制，表面的氧化物团簇、导电性的不稳定性以及与其他物质的相互作用等都会影响其性能的表现。
因此，为了完善碳纳米管的性能，提高其应用价值，需要对其表面进行处理。
以下将介绍几种常见的碳纳米管表面处理方法。
1.助剂表面吸附法助剂表面吸附法是一种简单有效的碳纳米管表面处理方法。
通过将助剂分散在溶液中，碳纳米管与助剂之间会发生吸附作用，形成覆盖在碳纳米管表面的薄膜。
常用的助剂包括聚合物、离子液体、金属络合物等。
这些助剂可以降低碳纳米管表面的活化能，增强其与其他物质之间的相互作用，改善碳纳米管的分散性和稳定性。
2.酸、碱氧化法酸、碱氧化法是一种常见的碳纳米管表面处理方法。
通过将碳纳米管浸泡在酸、碱溶液中，碳纳米管表面的杂质和氧化物可以被去除或转化为可溶性物质，从而改善碳纳米管的纯净度和结构稳定性。
酸、碱氧化法可以在一定程度上改善碳纳米管的分散性和可加工性，并提升其与其他物质的相互作用能力。
3.热处理法热处理法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过高温处理碳纳米管，可以去除表面的有机杂质，增强碳纳米管的晶格结构，并改善其导电性能。
热处理法常用的温度范围为500-1000摄氏度，处理时间一般为1-2小时。
然而，需要注意的是，高温处理过程中碳纳米管易发生失序、析碳等现象，因此需要控制好处理条件，以避免对碳纳米管结构和性能的不利影响。
4.功能化修饰法功能化修饰法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过在碳纳米管表面引入功能基团，改变其化学性质和物理性能，进而实现针对性的应用。
常用的功能化修饰方法包括化学氧化、醇酰化、腈化等。
功能化修饰可以改善碳纳米管的分散性和亲水性，增强其与其他物质的相互作用，拓宽其应用范围。
化学修饰的水溶性碳纳米管
可 溶 解碳 纳 米 管 ， 其 是在 水 中可 溶 解 的碳 纳米 管成 为许 多领 域 ， 别 是 与 生物 医 学相 关 的 领 域 的 高度 重视 ， 尤 特 而化
学修 饰则是获得这一特性 的重要 手段 ． 从碳纳米 管修饰 物 的化 学结 构 角度 出发 ， 综述 了不 同化合物 对碳 纳米管 的
第 ３ 第 ３期 ２卷 ２１ ００年 ５月
南 京 工 业 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自 Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ａ ＪＮ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｏ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ （ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＮ Ｎ Ｉ Ｇ Ｕ ＩＥ ＳＴ ＦＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｉ ｕ ｅ ｔｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｃ ｒｏ ａ ｏｕ ｅ ｓｒ ｃ ： ａｂ ｎ ｎ ｎ ｔｂ ｓ（Ｃ Ｔ ） ａｔ ｃｅ ｎ ｔ ｎｉｎ ｏ ｔ ｐ ｃａ ｃ ｅ ｃ ｌｓｒｃｕ ｅ ａ ｄ Ｎ ｓ ｔ ａ ｔｄ ｍａ ｙ ａｔ ｔ ｓ ｆｒ ｉ ｓ ｅ ｉｌ ｈ ｍｉａ ｔ ｔｒ ｎ ｒ ｅ ｏ ｓ ｕ
ｐ ｏ ｅ ｔｅ ． Ｈｏ ｖ ｒ ｔ ｅ ａ ｐ ｉ ａｉｎｓ ｏ ｒ ｐ ｒｉｓ ｗｅ ｅ ， ｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆ ＣＮＴｓ ｗｅｅ ｓ ｖ ｒ ｌ ｉ ｔ ｄ ｄ ｏ ｉｓ ｉ ｓ ｌ ｂｌ ａ ｄ ｉ ｆ ｓｂ ｅ ｒ ｅ ｅ ｅｙ ｌｍｉｅ ｕｅ ｔ ｔ ｎ ｏｕ词 ： 纳米 管； 学修饰 ； 碳 化 水溶性
中 图 分 类 号 ： Ｂ ８ Ｔ ３３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ —７２ （ ０ ０ ０ ０ ９ ０ ６ １ ６ ７ ２ １ ） ３— ０ ９— ６
Ｗ ａ ｅ － ｏ ｕ ｌ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂｅ ｅ ａ ｅ ｙ ｃ ｍ ｉ ａ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｔ ｒ ｓ ｌ ｂ ｅ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｓ ｐｒ ｐ ｒ ｄ ｂ ｈｅ ｃ ｌｍ ｄ ｆ ａ ｉ ｎｓ ｉ
碳纳米管材料的介绍
碳纳米管材料的介绍碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有许多独特的性质和应用潜力。
它的发现引起了科学界的广泛关注和研究。
碳纳米管具有极高的强度和刚度。
由于碳原子之间的键合非常强大，碳纳米管能够承受很大的拉伸力和压缩力，使其具有很强的抗弯曲性能。
这使得碳纳米管成为一种理想的材料，用于制造轻巧但坚固的结构，如飞机和汽车部件。
碳纳米管具有优异的导电性和导热性。
碳纳米管内部存在着一维的碳原子排列，使得电子在其内部能够自由传输，形成了高效的电子输运通道。
因此，碳纳米管被广泛应用于电子器件领域，如晶体管和纳米电线等。
同时，碳纳米管还具有良好的热导性能，使其成为制造高效散热器和热电材料的理想选择。
碳纳米管还具有丰富的表面化学活性和高比表面积。
碳纳米管的表面可以通过化学修饰来引入不同的功能团，从而赋予其特定的化学性质和应用功能。
例如，通过在碳纳米管表面引入亲水性团体，可以制备出具有优异吸附能力的纳米过滤器。
而碳纳米管的高比表面积则使其成为一种理想的催化剂载体，可用于提高化学反应的效率和选择性。
碳纳米管还具有良好的光学性能和生物相容性。
由于碳纳米管具有一维结构，使得它们能够吸收和发射可见光和红外光。
这使得碳纳米管在光学传感器和光电器件领域具有广泛的应用前景。
此外，碳纳米管还具有良好的生物相容性，可以用于生物医学领域，如药物传递和组织工程等。
碳纳米管具有多种优异的性质和应用潜力，使其在材料科学、电子学、化学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着对碳纳米管性质和制备方法的深入研究，相信碳纳米管将会在未来的科技发展中发挥更加重要的作用。
氨基磺酸铵修饰的单壁碳纳米管
材料 工程 ／２ ０ ０ ８年 １ Ｏ期
氨 基磺 酸 铵 修饰 的 单壁碳 纳米 管
Ｍ ｏ ｉｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｗａ ｌｄ Ｃａ ｂｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｆｃ ｔｏ ｆＳｉ ｇｌ— ｌｅ ｒ ｎ Ｎ ｎｏ ｕｂ ｓ
ｂ ｙ Ａｍｍ ｏ ｉ ｍ ｕ ｆ ｍａ ｅ ｎ ｕ Ｓ ｌａ ｔ
摘 要 ： 过 过 二 硫 酸 铵 氧 化 和 氨基 磺 酸铵 化 学 修 饰 两 个 步 骤 ， 备 了 在 水 中 有 较 大 溶 解 度 的单 壁 碳 纳 米 管 。Ｒ ｍａ 通 制 ａ ｎ光
谱 和 ＵＶ－ｉ ＮＩ 吸 收光 谱 表 明 ， ｖｓ Ｒ － 上述 处 理 过 程 没 有 改 变 单 壁 碳 纳 米 管 的 电 子 结 构 ； 外 ， 此 红外 光谱 的研 究 说 明氨 基 磺 酸
ＺＨＡＮＧ ｉｎ ｇ ｏ ，ＧＵＯ ｉｈ ａ ，ＧＯＮＧ ｉｈ ｎ Ｊａ — ｕ Ｌ— ｕ Ｌ—ｏ ｇ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒｉｌＳ ｉｎ ｅ １Ｓ ｈ ｏ ｆＣｈ ｍｉｔｙ ａ ｄ Ｍａ ｅ ｒａ ｃｅ ｃ ，Ｈｅｌｎ Ｊ ｎ ｉｅ ｓｔ ｉ ｇ ｉ ｇＵｎｖ ｒ ｉ ｏ ａ ｙ，
ｓ ｌａ ｅ ｏｘ ｄ ｔｏｎ ａ ｄ ａ ｍｏ ｕ ｓ ｌａ ｔ ｈｅ ｃ ｌｍｏ ｆｃ ｔｏ ｕ ｆ ｔ ｉ ａ ｉ ｎ ｍ ｎｉ ｍ ｕ ｆ ｍａ ｅ ｃ ｍｉ ａ ｄｉｉａ ｉ ｎ． Ｒａ ｎ ｓ ｃ ｒ ｍ ｎｄ ＵＶ— ｓ ＮＩ ｍａ ｐｅ ｔ ｕ ａ ｖｉ— Ｒ
氨基化 反应在 碳纳 米管 的表 面引入 聚合物 分子 ＿ 。此 ３ Ｊ 外 ， 过在碳 纳米管 表 面 直接 氟 化 、 阴离 子 聚 合 、 自 通
由基 聚 合 、 电 化 学 还 原 及 电子 转 移 等 反 应 也 可 实 现 对
水溶性多壁碳纳米管的制备_申前进
中有限的分散性和溶解性在一定程度上限制了它的 研究和应用。因此， 对碳纳米管分散性能的探索成为 碳纳米管研究领域中的重要内容之一。通过共价和 非共价的方法对其进行修饰， 可有效地改善碳纳米管 的分散性能
［ 5 ］
。共价方法［6-10］（ 如强酸氧化法） 一般
第2 期
申前进 等： 水溶性多壁碳纳米管的制备
Solubility increase of multiwalled carbon nanotubes in water
2 SHEN Qianjin1， ， LIU Xinbin3 ，JIN Weijun1 ．
（ 1 ． College of Chemistry，Beijing Normal University，Beijing 100875 ，China； 2 ． State Key Laboratory of Solid Waste Reuse for Buildng Materials，Beijing 100041 ，China； 3 ． LuAn Coal Mining （ Group） Co． ，LTD，Changzhi Shanxi 046204 ，China）
［ 18 ］
， 研究了一种羟基化多壁碳纳米
管（ MWCNTols ） 的制备方法。 采用 PVP 对 MWCNTols 进行包裹， 制得经 PVP 包裹的羟基化多壁碳纳 MWCNTols ） 。 经 过 非 共 价 的 包 裹 作 用 米管 （ PVP后， 进一步增强了多壁碳纳米管在水中的溶解性能。 此方法简单、 反应条件比较温和， 分散产物稳定。
2
2． 1
实验
试剂和仪器
3
3． 1
结果与讨论
walled carbon nanotube， 多壁 碳 纳 米 管 （ MultiMWCNTs，纯 度 大 于 90% ， 管 径 30 ～ 50 nm ， 管长 50 μm ， 中国科学院成都有机化学有限公司） ， 未经纯 分 析 纯， 北京化工 化直 接 使 用； 氢 氧 化 钠 （ NaOH， 厂） ； 30% 过氧化氢 （ H2 O 2 ， 分析纯， 北京化工厂） ； 十 二烷基硫酸钠 （ Sodium dodecyl sulfate，SDS ，化学 纯， 北京化学试剂公司 ） ； 聚乙烯吡咯烷酮 （ Polyvinylpyrrolidone，PVP，平均分子量 8000，Alfa Aesar 公司） ，无水乙醇（ 分析纯， 北京化工厂） 。
浅谈碳纳米管的独特性质及应用
浅谈碳纳米管的独特性质及应用摘要：碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，自问世以来即引起广泛关注，近年来广泛应用于众多科学研究领域，本文综述了碳纳米管由于其独特性质近年来在复合材料，纳米机械，微电子等方面的应用。
关键词：碳纳米管；独特性质；应用A Brief Study on the Properties and applications of carbon nanotubeAbstract: Carbon nanotube have drawn wide attention due to their unique structures and properties，such as special electric conductivity，mechanical，physical and chemical properties since they were first introduced. This review focuses on the application of carbon nanotube in such as composite materials, nano-machinery, and micro-electronic due to its unique nature in recent years.Keywords: Carbon nanotube;unique properties; application碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成，管直径一般为几纳米到几十纳米，管壁厚度仅为几纳米，长度可达数微米。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种主要类型。
单壁碳纳米管由单层石墨卷成柱状无缝管而形成，是结构完美的单分子材料；多壁碳纳米管可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。
单壁碳纳米管根据六边环螺旋方向（螺旋角）的不同可以是金属型碳纳米管，也可以是半导体型碳纳米管，并可以用碳纳米管的螺旋矢量参数（n，m）来表征。
碳纳米管技术在催化领域中的应用
碳纳米管技术在催化领域中的应用随着科技的不断发展，人们对于能源利用的要求也越来越高。
因此，针对能源的研究也成为当前的一个热点话题。
其中，催化领域的发展对于能源的利用具有至关重要的作用。
而碳纳米管技术在催化领域中的应用，则是一个备受关注的话题。
碳纳米管，是由碳元素构成的一种纳米级管状材料。
由于碳纳米管具有导电、导热等优良性质，因此它在能源领域中的应用，也受到了人们的广泛关注。
而其中最为重要的应用之一，则是在催化领域中。
首先，碳纳米管技术可以被用于制备高效的催化剂。
通过在碳纳米管表面进行化学修饰或者组装，人们可以制造出各种不同的催化剂。
由于碳纳米管具有高度的导电性以及化学惰性，因此它可以作为稳定的催化剂载体，为催化反应提供高效的催化作用。
其次，碳纳米管技术在催化领域中的应用还可以被用于制备高效的催化反应体系。
由于碳纳米管具有极高的比表面积以及多孔结构，因此在其表面进行催化反应，可以大大提高反应的效率。
同时，通过合理的化学修饰或者组装，碳纳米管还可以被制造成一系列针对特定催化反应的高效型催化剂。
这对于提高催化反应的速率以及选择性，具有极其重要的作用。
最后，碳纳米管技术还可以被用于制备高效的能源转化器。
由于碳纳米管具有优良的电学性质，因此它可以被用于制备高效的太阳能电池、柔性电池等能源转化器。
这些能源转化器具有高能量密度、低成本以及长寿命等优点，因此具有广泛的应用前景。
总之，碳纳米管技术在催化领域中的应用，已经成为当前研究的一个热点问题。
针对碳纳米管技术的研究，不仅可以提高催化反应的效率以及选择性，还可以制造高效的催化剂、高效的催化反应体系，以及高效的能源转化器。
这对于推动当前能源领域的发展，具有至关重要的意义。
碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途
碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是由碳原子通过特定方式排列构成的纳米管状结构，具有优异的导电性、导热性、力学强度和化学稳定性等特点。
它们在许多领域具有广泛的应用潜力，例如电子器件、能源储存和转换、纳米材料增强等。
碳纳米管导电浆料是一种将碳纳米管分散在溶剂中形成稳定悬浮液的制备材料，它可以很方便地用来涂覆在各种基底材料上，制备电极和导电薄膜等器件。
制备碳纳米管导电浆料有多种方法，常见的方法包括机械混合、超声处理、化学修饰以及电化学等。
其中，机械混合是一种简单的方法，通过将碳纳米管和溶剂一起放入瓶中进行摇晃或搅拌，使碳纳米管在溶剂中均匀分散。
超声处理则是通过超声波的机械作用来实现碳纳米管的分散，这种方法可以更加高效地分散碳纳米管，得到更稳定的浆料。
化学修饰是将碳纳米管表面进行改性，增加其与溶剂之间的相容性，以提高浆料的稳定性。
电化学方法则是通过电解或电析的方式来制备碳纳米管导电浆料，这种方法可以控制碳纳米管的含量和分散度。
碳纳米管导电浆料在电子器件领域有着广泛的应用。
例如，可以将碳纳米管导电浆料涂覆在玻璃基板上，制备柔性导电薄膜，用于可弯曲的触摸屏、柔性显示器等设备中。
此外，还可以将碳纳米管导电浆料涂覆在导电胶带上，制备高导电性的电子细线，用于微电子封装和连接。
碳纳米管导电浆料还可以应用于太阳能电池、超级电容器等能源器件中，用于提高器件的光电转换效率和储能性能。
另外，碳纳米管导电浆料还可以作为导电涂料、导电油墨或导电粘合剂等应用于航空航天、防护涂料等领域，发挥导电性能和耐久性的优势。
总之，碳纳米管导电浆料具有优异的导电性和分散性，其制备方法简单、灵活，具有广泛的应用潜力。
未来随着相关技术的进一步发展和改进，碳纳米管导电浆料在各个领域将得到更广泛的应用。
【精品文章】【碳材料】碳纳米管表面功能化修饰及改性
【碳材料】碳纳米管表面功能化修饰及改性
碳纳米管是由单层石墨烯和多层石墨烯片层卷曲而成的一维纳米管状材料，具有机械强度高、化学稳定性好以及优异的导电性和电磁屏蔽性等特点，被认为是高性能复合材料的一种理想填料。
但其表面缺少活性基团、分散性差、加工困难，限制了其应用。
因此，研究者通过对其进行表面修饰改性来提高它的溶解性和分散性。
同时，通过化学或物理的方法将所需功能性基团接到碳纳米管的表面制备多功能性材料，目前，碳纳米管表面进行修饰及功能化改性成为了研究热门领域。
图1 碳纳米管示意图
一、碳纳米管表面修饰及改性
碳纳米管表面功能化修饰主要分为有机修饰、机械修饰、无机包覆。
1、有机修饰及改性
碳纳米管有机修饰及改性主要有共价修饰、非共价修饰。
（1）碳纳米管表面共价修饰
碳纳米管表面共价修饰是在其管壁上通过化学反应引入新的共价键来优化碳纳米管的性能，包含的主要反应有氧化反应、自由基加成、电化学反应、热化学反应等。
氧化反应是通过化学方法在碳纳米管表面引入极性较大的羧基或羟基，从而使碳纳米管材料表面具有活性基团，再通过共价交联反应来引入不同的功能基团。
图2 碳纳米管表面共价修饰示意图
上海交通大学纳米电子材料与器件研究组采用混酸
（H2SO4:HNO3=1:3）和强碱（NaOH）来处理多壁碳纳米管，得到碳纳米。
化学修饰对多壁碳纳米管电学性质的影响
ｃ ｅ ｆ ｉｎ ｓ ｎ ｇ ｔ ｅ ｏ ｆｉ ｅ ｔｉ ｅ ａ ｉ ． ｃ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ，ｈ ｍｉａ ｄｆ ａ ｉｎ，ｅ ｉｔｎ ｅ ａ ｂ ｎｎ ｎ ｔｂ ｓ ｃ ｅ ｃ ｌ ｍｏ ｉｉ ｔ ｃ 化方 法的不 断完善 ， 人们 开
ｒｓｓａ ｃ ｆ ｎ ＣＮＴＳｆｍｓ ａ ｄ ｔ ｅｒｓｓａ ｃ ｆｔｅ ｔｄ ｎｖ ｅｉｔｎ ｅｏ ｖ ｉ ，ｎ ｈ ｅ ｉｔｎ ｅｏ ｒ ｅ ｌ ａ ＣＮＴｓｆ ｍｓｉ ｄ ｃｄ ｄ ｂ ｎ ｔ ｎ ｅ ｉｔｎ ｅ Ｔｈ ｅ ｉ Ｓ ｅｉｅ ｙｊ ｃ ｉ ｓｒｓｓａ ｃ． ｅｒ — ｌ ｕ ｏ
ａ ｄｔ ｉｎ ｌ ｈｏ ｉｅ ｔｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｈｏ ｙ ｌｒ ｒａｍ ｎ．Ｅｘ ｅｉ ｎ ａ ｅｕ ｔｓ ｏ ｈ ｔｔｅ ｅｅ ｔｉ ｐｏ ｅｔ ｓｏ ｒ ｃ ｄ ｐｒ ｍｅ ｔｌｒｓ ｌ ｈ ｗｓ ｔａ ｈ ｌｃｒｃ ｒ ｐ ｒｉ ｆ ＷＣＮＴｓ ｆ ｍ ｔｏ ｇｙ ｄ — ｅ ｉ ｓｒｎ ｌ ｅ ｌ ｐ ｎ ｅ ｔｏ ｈ ｒｔｅ ｔ ｎ ｅｒ ｓｓａ ｃ ｆｆｍｓｃ ｎ ｉｔ ｆｔ ｅｒｓｓａ ｃ ｆⅣ ｅ ｄ ｎ ｎ ｔ ｅｐ ｅｒａｍｅ ＬＴｈ ｅｉｔｎ ｅｏ ｉ ｏ ｓｓｓｏ ｈ ｅ ｉｔｎ ｅｏ ｌ ＮＴｓｉｎ ｔ ｎ ｎ ｕ ｅ ｒｓｓ— ｕ ｃｉ ｓａ ｄ ｔ ｂ ｅ ｉｔ ｏ
始把注意力转 向其应用研 究［ ３ ， 纯化后 的碳 纳米 管通常 是 】 ］但 ￣
活性可控聚合制备水溶性单壁碳纳米管
围很广 ， 实现 可控 聚 合 的 关键 在 于 聚合 过 程 中使 其 用 具有 高链 转移 常数 和特 定结 构 的链 转 移剂 双硫 酯
（ Ｓ＝ Ｃ（ Ｓ Ｒ） 。笔 者通 过 一 种 耗 时 短 、 能 Ｚ） （ 功
化程 度高 的 重 氮 化 反 应 将 双 硫 酯 连 接 到 Ｓ Ｎ ｓ ＷＣ Ｔ 表 面¨ ， 然后 通 过 Ｒ Ｐ 聚 合将 水 溶 性 的 聚丙 烯 ＡＴ
活 性 可 控 聚 合 制备 水 溶 性 单 壁 碳 纳 米 管
王 国建 ， 王 瑶 黄 思 浙 刘 琳 ， ，
（ ．先进 土 木工 程 材 料 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 海 ２０ ９ ２ １ 上 ００ ２； ．同 济 大学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ，上 海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ２
和分散 性较 差 ，ＷＣ ｓ 生物 和材 料 科 学 领 域 的 Ｓ ＮＴ 在
２ ２ １ Ｓ Ｎ ｓＢ ．． ＷＣ Ｔ — ｒ的制 备 在 ５ Ｌ Ｓ ０Ｉ Ｏ 质量 分数 为 ２ ％ 的发 烟硫 酸 中加 ｎ ０ 入 ５ ＷＣ Ｔ ， ０ｍｇＳ Ｎ ｓ 室温下 磁 力搅 拌 ３ｈ 。之 后 依 次 加 入 ４溴 苯 胺 ２ ８ （ ６ ８ｍ １ ， 氮 二 异 丁 睛 一 ． ９ｇ １ ． ｍｏ ） 偶
结构 ¨ 。作 为一 种 活性可 控方 法 ， 逆 加成 断 裂链 可 转 移 （ Ａ Ｔ） 聚合 单 体 的选 择 性 小 ， Ｒ Ｐ 对 因此 适 用 范
洗涤 ３次 ， 然后 在 ４ 下真空 干燥 ２ 。 ０℃ ４ｈ
２ ２ ２ 链 转 移剂 的制 备 ．． 在 ５ Ｌ无 水 四 氢 呋 喃 （ Ｈ ）中加 入 ５ ０Ｉ ｎ Ｔ Ｆ ０ｍｇ Ｓ Ｎ － ｒ ０ ４ｇ抛 光过 的镁 条 ， ４ ＷＣ Ｔ Ｂ 和 ． 在 ０℃下 磁 力 搅拌 并 充氮气 ０ ５ｈ后 ， 滴 滴 加 ２ Ｌ Ｃ ： 继 续 ． 逐 ０Ｉ Ｓ ， ｎ 反应 １ 。之 后加 入 ３ １ 一 乙基苯 ， 温 至７ ｈ ． １溴 ｇ 升 ０ｏ Ｃ，
碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究
碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究马宇良;方雪;苏桂明;姜海健;陈明月;宋美慧;张晓臣【摘要】As a new kind of one-dimensional nano-materials, carbon nanotubes(CNTs) has excellent proper-ties. But CNTs intrinsically tend to bundle or aggregate. The preparation of effective dispersions of CNTs presents a major impediment to the extension and utilization of CNTs. The techniques of surface modifications play a key role in the practical application of CNTs. In this paper, we introduce several kinds of surface modifications for the ef-fective dispersion of CNTs, mechanical surface modifications, covalent surface modifications and non-covalent surface modifications. Connect with the current progress on the surface modification of CNTs, we try to explore the mechanism and techniques for the CNTs.%碳纳米管作为一种一维纳米材料具有优异的性能，但是由于自身结构导致的不溶性，以及易于团聚和缺乏表面功能基团等实际问题，限制了其应用范围，因此，碳纳米管功能化修饰是碳纳米管应用研究的重点领域，本文介绍了碳纳米管表面功能化的几种主要方法：机械分散功能化、共价功能化、非公价功能化等，结合国内外研究进展，对碳纳米管功能化修饰的机理及方法进行综述。
羧基多壁碳纳米管
羧基多壁碳纳米管
羧基多壁碳纳米管（carboxylated multi-walled carbon nanotubes，简称c-MWCNTs）是一种经过化学修饰的多壁碳纳米管。
在原始的多壁碳纳米管（MWCNTs）基础上，通过强酸氧化等方法引入了羧基（-COOH）官能团，从而改善了其在水中或其他溶剂中的溶解性和分散性，并增加了与其他材料的反应活性。
由于羧基的引入，c-MWCNTs的表面性质变得更加亲水，这有助于它们在复合材料制备、生物医学应用以及传感器开发等领域的应用。
例如，在聚合物基复合材料中，c-MWCNTs可以更均匀地分散在聚合物基质中，从而提高材料的机械强度和电导率。
在生物医学领域，c-MWCNTs可以作为药物载体或用于组织工程支架的构建。
羧基化处理也使得碳纳米管更容易与其他功能分子结合，为制备具有特定功能的纳米材料提供了可能。
然而，需要注意的是，羧基化过程可能会对碳纳米管的本征结构和电子性质产生一定影响，因此在实际应用中需要根据具体需求进行平衡和优化。
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种有机碳材料，具有
独特的力学性质，具有良好的抗化学腐蚀能力，良好的电磁屏蔽性能，高强度和高导电性等优点。
经过修饰，可以改变它的化学结构，获得
更高的特性，使其能够更好地应用于各种不同领域。
碳纳米管的修饰主要有两种方法：化学修饰和物理修饰。
化学修饰是通过对碳纳米管表面进行化学反应来实现修饰。
例如，氯化钙可以用来修饰碳纳米管表面，以改善它的热稳定性和力学性能。
因此，通过化学反应可以改变碳纳米管的表面结构，以适应不同的应
用环境。
物理修饰是通过非化学方式对碳纳米管表面进行修饰，以改善其
电学性能和表面结构。
例如，利用激光和电子束的热效应可以对碳纳
米管表面进行处理，以改善其表面性能。
此外，也可以通过外加压力、表面氧化或电子束束来修饰碳纳米管，以改进其电子结构。
碳纳米管的修饰可以改善它的表面性能，使其能够更好地应用于
各种不同领域，如工业粉体材料、电子器件和功能材料等。
碳纳米管
的修饰是一个复杂的过程，需要综合考虑化学、物理和力学等因素，
以确保修饰后碳纳米管表面具有合理的性能。
碳纳米管杂化方式 -回复
碳纳米管杂化方式-回复问题中提到的碳纳米管杂化方式，是指将碳纳米管与其他物质进行结合形成复合材料的方法。
碳纳米管具有优异的力学、电学、热学等性质，因此与其他材料的结合能够扩展其应用领域并改善其性能。
本文将详细介绍碳纳米管杂化的几种主要方式，包括物理混合、化学修饰、共价连接、物理吸附和层状组装等。
一、物理混合物理混合是一种简单的碳纳米管杂化方式，其基本原理是将碳纳米管与其他物质直接搅拌或成浆液形式混合。
这种方法适用于一些无法通过化学反应或共价键形成连接的材料。
物理混合的优点是操作简单、易于扩展和适用性广泛。
二、化学修饰化学修饰是指通过对碳纳米管表面进行化学修饰，引入其他材料的官能团与碳纳米管进行化学反应，从而达到杂化的目的。
这种方法可以使碳纳米管与其他物质之间形成稳定的共价键连接，提高复合材料的界面相容性和相互作用。
常用的化学修饰方法包括酸碱处理、氧化、磷酸化、双键修饰等。
例如，通过碳纳米管表面的氧化处理，引入羟基或羧基等官能团，可以与氨基、硫醇等反应，形成稳定的化学键连接。
三、共价连接共价连接是一种更加牢固的碳纳米管杂化方式，其基本原理是通过化学反应，在碳纳米管表面引入与其他材料相匹配的官能团，再通过化学键形成共价连接。
这种连接方式可以提高杂化材料的结合强度和稳定性。
常用的共价连接方法包括通过碳纳米管末端官能团进行反应，或通过一些交联剂连接不同的碳纳米管。
例如，通过碳纳米管表面引入羧基官能团，与胺官能团进行缩合反应，形成酰胺键。
四、物理吸附物理吸附是指通过碳纳米管表面的范德华力或静电引力与其他物质进行相互作用，实现杂化的方式。
这种方法适用于一些疏水性材料或无法通过共价键连接的材料，其优点是操作简单、不需要进行化学修饰。
常见的物理吸附方法包括溶剂插入、静电吸附、π-π堆积等。
例如，通过选择具有亲疏水性的溶剂，可以使碳纳米管与有机小分子形成物理吸附。
五、层状组装层状组装是指通过将碳纳米管与其他材料层层叠加，形成复合薄膜或复合纳米结构的方式。
碳纳米管乙醇溶液
碳纳米管乙醇溶液碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，广泛应用于材料科学、电子学、化学等领域。
碳纳米管乙醇溶液是一种常见的碳纳米管分散液体，具有良好的分散性和稳定性，被广泛用于纳米材料的合成、表征和应用研究中。
碳纳米管乙醇溶液的制备方法有多种，其中一种常用的方法是超声处理法。
通过将碳纳米管与乙醇溶液一起放入超声浴中，利用超声波的机械振动作用，将碳纳米管有效地分散在乙醇中，形成稳定的碳纳米管乙醇溶液。
此外，还可以利用机械搅拌、化学修饰等方法制备碳纳米管乙醇溶液。
碳纳米管乙醇溶液具有许多优异的性质和应用。
首先，碳纳米管具有优异的导电性和热导性，可以应用于电子器件和热管理领域。
将碳纳米管乙醇溶液涂覆在基底上，可以制备出柔性透明导电薄膜，用于柔性显示器件、触摸屏等领域。
其次，碳纳米管乙醇溶液还可以用于纳米复合材料的制备。
将碳纳米管乙醇溶液与其他纳米材料如金属纳米颗粒、二维材料等进行复合，可以制备出具有优异性能的纳米复合材料，应用于传感器、催化剂等领域。
此外，碳纳米管乙醇溶液还可以用于纳米药物输送和生物成像等领域。
在应用碳纳米管乙醇溶液时，需要注意一些问题。
首先，碳纳米管乙醇溶液的浓度和分散性对其性能和应用起着重要影响。
较高的浓度和良好的分散性有助于提高材料的性能和应用效果。
其次，碳纳米管乙醇溶液的稳定性是一个重要的问题。
在制备和储存过程中，应注意避免溶液中碳纳米管的沉淀和聚集，否则会影响材料的性能和应用。
此外，碳纳米管乙醇溶液在某些特殊条件下可能会发生剧烈反应，需要进行适当的安全措施。
碳纳米管乙醇溶液是一种常见且重要的碳纳米管分散液体。
它具有良好的分散性和稳定性，广泛应用于纳米材料的合成、表征和应用研究中。
随着纳米科技的发展，碳纳米管乙醇溶液在电子学、材料科学、化学等领域的应用将会越来越广泛。
化学修饰碳结构的方法
化学修饰碳结构的方法
标题：化学修饰碳结构：探索其方法与应用
一、引言
碳，作为元素周期表中最基本的元素之一，其丰富的化学性质使其在各个科学领域中都有着广泛的应用。
尤其是其不同形态的碳结构，如石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管和石墨烯等，更是因其独特的物理和化学特性引起了科学家们的广泛关注。
通过对碳结构进行化学修饰，我们可以进一步优化其性能，以满足特定的应用需求。
本文将探讨几种常见的化学修饰碳结构的方法及其应用。
二、化学修饰方法
1. 氧化修饰：这是最常见的一种方法，通过氧化剂（如浓硝酸、高锰酸钾等）处理碳材料，可以在其表面引入含氧官能团，如羧基、羟基和环氧基等，改变其电化学性质和表面活性。
2. 氨基化修饰：通过胺类化合物与碳材料反应，可以引入氨基，提高其亲水性和生物相容性，适用于生物传感器和药物载体等领域。
3. 磺化修饰：磺酸基团的引入可以提高碳材料的离子交换能力和电导率，常用于制备超级电容器和电池电极材料。
4. 功能化聚合物修饰：通过接枝各种功能化的聚合物，可以实现对碳结构的精确调控，以适应不同的应用需求。
三、应用领域
化学修饰的碳结构在许多领域都有重要应用。
例如，改性后的石墨烯被广泛应用于能源存储（如锂离子电池和超级电容器）、传感器、复合材料和药物传递系统等；而功能化的碳纳米管则在电子设备、催化剂载体和生物医学领域展现出巨大潜力。
四、结论
化学修饰碳结构是一种有效优化碳材料性能的手段，通过选择合适的修饰方法，可以实现对碳材料的定制化设计，以满足不同领域的应用需求。
随着科学技术的发展，我们有理由相信，化学修饰碳结构的研究将为新材料科学、能源技术、生物医学等领域带来更多的创新和突破。
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收稿日期 : 2009 - 03 - 20 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (20874043) ;国家重点基础研究发展计划 (973计划 )资助项目 (2006CB705602) 作者简介 :张 弢 (1971—) ,男 ,四川成都人 ,副教授 ,主要研究方向为聚合物材料 , E2mail: ztnj@ nju. edu. cn.
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管上 ,获得了接枝聚乙二醇的水溶性碳纳米管. 如 Chattopadhyay等 [ 16 ] 将单壁 碳纳 米管 在 A r气环 境 中 ,与金属 L i的氨溶液反应得到碳纳米管盐 ,再与 不同链长的 ω2溴代羧酸反应获得羧基化的单壁碳 管 ,然后与一端氨基 、一端甲氧基的 5 000相对分子 质量的聚乙二醇反应得到了接枝聚乙二醇链段的单
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南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
第 32卷
拟从碳管修饰物的化学结构角度出发 ,就不同化合 物修饰对碳管水溶性的影响作一粗浅综述.
1 小分子化合物修饰的水溶性碳 纳米管
早期对碳纳米管的研究更多地关注其物理性质 如光 、电等性质 ,而在化学上 ,很长一段时间内都认 为碳管是惰性的. 1994年 , Tsang等 [ 8 ]发现利用强酸 可将碳纳米管切割成短管 ,而在开口的碳纳米管顶 端含有一定数量的活性基团 ,如羟基 、羧基等. 羧基 化的碳纳米管可进一步与其他化合物反应 ,形成丰 富多彩的修饰碳纳米管. 这一发现开创了碳纳米管 化学修饰的先河. 由于羧基 、羟基等的亲水性 ,也为 碳纳米管带来了最早的水溶性质 ,后来的研究者在 这一方法的基础上进行改进并对简单酸化处理的碳 纳米管的水溶性进行了详细的研究 [ 9 ].
图 1 小分子化合物修饰的水溶性碳纳米管 F ig. 1 W a ter2soluble carbon nanotubes m od if ied by sma ll m olecular com pounds
2 高分子修饰的水溶性碳纳米管
除了小分子化合物修饰 ,利用高分子聚合物对 碳纳米管进行修饰也得到了广泛的研究. 图 2 是几 种典型的高分子修饰获得水溶性碳纳米管的例子 。 2001年 , Sun等 [ 15 ]通过对碳管的酸化 ,将超枝化的
第 32卷第 3期 2010年 5月
南 京 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) JOURNAL OF NANJ ING UN IVERSITY OF TECHNOLOGY (Natural Science Edition)
Vol. 32 No. 3 M ay 2010
W a ter2soluble carbon nanotubes prepared by che m ica l m od if ica tion s
ZHAN G Tao, L I Han
(Department of M aterials Science and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210093, China)
溶解 ,因而极大地限制了其可能的应用范围 ,尤其是 在生物体这样一个水环境中的应用. 因此 ,对碳纳米 管进行修饰并使其可以在水中溶解的工作受到人们 广泛的关注. 到目前为止 ,研究人员已经采用了许多 物理化学方法对碳纳米管进行修饰 ,以增强它的水 溶性.
从方法上看 ,对碳纳米管的修饰涉及共价接枝 、 非共价功能化以及这两种方法的结合 [ 5 - 7 ] ,相应的 修饰物则涉及到从小分子化合物到大分子结构甚至 酶 、蛋白 、DNA 等生物分子的各种结构 ,所得到的性 能也因方法和修饰物结构的不同而千差万别. 本文
碳纳米管 ( Carbon nanotubes, CNTs)具有独特 的单壁 ( Single2walled Carbon Nanotube, SWNT)和多 壁 (M ulti2walled Carbon Nanotube, MWNT)结构 ,因 而具有一系列独特的物理化学性质 ,如低密度 、高模 量 、高强度 、良好的导电性等. 自 20世纪 90 年代初 被发现 [ 1 ]以来 ,碳纳米管向人们展示了巨大的潜在 应用和科学研究价值 ,引起了广泛的关注 [ 2 ]. 近年 来 ,碳纳米管的生物效应引起了人们的极大兴趣 ,以 生物医用为目的的探索研究正在迅速增多 ,相应的 研究领域涉及到药物控制释放 [ 3 ] 、组织工程材料 [ 4 ] 等多个方面. 但由于碳纳米管在溶剂 ,尤其是水中不
高分子链接在碳管上 ( CNT2Dendron) ,从而增强了 它的水溶性. 此后越来越多的研究将功能化聚合物 引入碳管.
聚乙二醇是众所周知的水溶性高分子 ,因为它 良好的生物相容性而在生物医用材料领域得到广泛 应用. 利用聚乙二醇的这一特性 ,将其接枝到碳纳米
第 3期
张 弢等 :化学修饰的水溶性碳纳米管
实 ,在此以前 , Zhao 等 [ 17 - 18 ] 还利用硝酸 /硫酸羧基 化 、氯化亚砜酰氯化的传统路线合成了聚乙二醇接 枝的单壁碳管 ,同样得到了水溶液性的接枝聚乙二 醇的碳纳米管. 由于聚乙二醇修饰后的碳管具有很 好的水溶性和生物相容性 ,被认为在药物释放领域 有着良好的应用前景 [ 19 ].
从碳纳米管上的羧基官能团出发 ,利用羧基的 可反应性 ,随后一系列碳纳米管修饰物被制备出来. 利用羧基与氨基的酰胺化反应 , L i等 [ 10 ]将氨乙基磺 酸 (牛磺酸 )连接到单壁碳纳米管上 ,得到了水溶性 的碳纳米管修饰产物 (CNT2SO3 H )并用红外光谱证
实了其结构. 但是 ,羧基的直接反应活性较低 ,因而 ,进一步
壁碳管 (CNT2PEG) ,用红外光谱 ( FF IR ) 、拉曼光谱 (Raman) 、热 质 量 分 折 ( TGA ) 、X 线 光 电 子 能 谱 (XPS)和原子力显微镜 (AFM )等技术对产物进行 了结构表征 ,并证实获得的产物具有良好的水溶性. 同时 ,它们还对不同的羧基化方法进行了比较. 其
上文中的几个例子都是利用高分子链上的可反 应性基团与功能化以后的碳管之间的反应来实现碳 管的接枝 ,从而获得水溶性的特性 ,是一种高分子的 化学反应 ,可以看作是一种 Graft onto的方法. 事实 上 ,利用功能化碳纳米管上的可反应性基团在适当 条件下与单体作用 ,也可以在碳纳米管上生长出可 溶性的高分子链段 ,从而获得接枝的水溶性碳纳米 管 ,可以说是 Graft from 的方法.
除了上述化学合成方法以外 , Imasakห้องสมุดไป่ตู้ 等 [ 14 ] 在 分散于水中的碳纳米管上加以 40 kV、15 Hz的脉冲 电流 ,得到了水溶性的碳管修饰物 ,红外光谱证实其 结构是羟基化修饰的碳纳米管. 从方法上看 ,这是一 种新颖的修饰碳管的方法 ,而且连接的修饰物仅仅 只有羟基 ,不失为一种快速简便地获得水溶性碳管 的方法.
将碳纳米管上的羧基转化成酰氯参与下一步的反应 成了后来碳管修饰的一条便捷路径 ,随后的多数化 学法修饰碳纳米管都采用了这一合成路线. 如连接 赖氨酸 [ 11 ]就获得了高度水溶性的碳纳米管修饰产 物 ( CNT2Lysine ). 同样从酸化 、酰氯化出发 , Zhang 等 [ 12 - 13 ]将酰氯化后的碳纳米管继续与乙醇胺反应 , 利用氨基和羟基在与酰氯基团反应时活性的差异 , 得到了连接羟基的碳纳米管修饰中间产物 ,进而与 22氧代 21, 3, 22二氧磷杂环戊烷 ( COP)反应后开环 , 得到了接枝磷酰胆碱的水溶性碳纳米管修饰产物 (CNT2PC). 图 1揭示了几种典型的通过小分子修饰 获得水溶性碳纳米管的合成路线 。
聚乙二醇接枝碳纳米管是利用了聚乙二醇端基 上的羟基或氨基的反应 ,而利用高分子链侧基甚至 主链上的可反应基团 ,同样可以制备接枝聚合物的 水溶性碳纳米管. 接枝聚乙烯醇的水溶性碳管就是 一个很好的例子.
图 2 高分子修饰的水溶性碳纳米管 F ig. 2 W a ter2soluble carbon nanotubes m od if ied by polym ers
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L in等 [ 20 ]利用聚乙烯醇 ( PVA )侧基上的羟基的 酯化反应 ,将 N , N ′2二环己基碳二亚胺 、二甲氨基吡 啶 、12羟基苯并三唑的 DMSO 溶液与多壁或单壁碳 纳米管超声反应后加入 PVA ,得到了接枝 PVA 的水 溶性碳纳米管 ( CNT2PVA ). Zhao 等 [ 21 ] 将羧基化的 单壁碳纳米管用乙二酰氯进行酰氯化 ,再与磺化聚 苯胺 ( Poly (m 2am inobenzene sulfonic acid, PAB S)反 应得到了接枝磺化聚苯胺的水溶性单壁碳纳米管 (CNT2PAB S). 此外 , L in 等 [ 22 ] 首先将商品聚 (N 2丙 酰基 乙 烯 亚 胺 ) ( PPE I, 相 对 分 子 质 量 50 000和 200 000)进行水解得到聚 (丙烯亚胺 2乙烯亚胺 )无 规共聚物 ( PPE I2PE I) ,然后接枝到碳纳米管上获得 了水溶性的功能化碳纳米管 ,作者还讨论了 2 种不 同的接枝方法 :一种是将氯化亚砜酰氯化的碳纳米 管与 PPE I2PE I反应 ,而另一种是将碳纳米管直接与 聚合物在 N2 气氛中加热获得接枝产物. 发现采用酰 氯化法修饰到碳纳米管上的聚合物量多于直接加热 法 ,因此修饰后的碳纳米管的溶解性更好.
doi: 10. 3969 / j. issn. 1671 - 7627. 2010. 03. 020
化学修饰的水溶性碳纳米管
张 弢 ,李 含
(南京大学 材料科学与工程系 ,江苏 南京 210093)
摘 要 : 碳纳米管因其独特的结构和性质受到广泛注意 ,但它不溶 、不熔的特性也限制了它的应用. 因此 ,如何制备 可溶解碳纳米管 ,尤其是在水中可溶解的碳纳米管成为许多领域 ,特别是与生物医学相关的领域的高度重视 ,而化 学修饰则是获得这一特性的重要手段. 从碳纳米管修饰物的化学结构角度出发 ,综述了不同化合物对碳纳米管的 水溶性修饰改性. 关键词 : 碳纳米管 ;化学修饰 ;水溶性 中图分类号 : TB383 文献标志码 : A 文章编号 : 1671 - 7627 (2010) 03 - 0099 - 06