碳纳米管电极的制备及应用研究
碳纳米管制备及其应用前沿
碳纳米管制备及其应用前沿碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有优异的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景。
接下来将从制备方法和应用前沿两个方面进行介绍和探讨。
一、碳纳米管的制备方法目前，制备碳纳米管的方法主要包括电弧放电、激光脱附、化学气相沉积、碳原子沉积和碳纳米管模板法等。
其中，化学气相沉积是目前较为常用的制备方法。
化学气相沉积法是在高温下，使含碳气体在催化剂表面上裂解，生成碳纳米管，并通过合适的控制方法，调节管子的直径、壁厚等性质。
此外，在催化剂上引入其他金属元素，如铁、镍等，还可以得到多壁碳纳米管、碳纳米带和碳纳米球等不同形态的碳纳米材料。
二、碳纳米管的应用前沿(一)能源储存碳纳米管具有极高的表面积和优异的电化学性能，已被广泛地应用于电池、超级电容器等领域。
例如，在锂离子电池中，将碳纳米管作为电极，可以大幅提高电极的比表面积、导电性能和循环寿命。
在超级电容器中，由于碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，被广泛应用于电容的电极材料。
(二)催化剂由于碳纳米管的高比表面积和优异的催化性能，已成为新一代高效的催化剂材料。
例如，在氢能源领域，碳纳米管可以作为催化剂在反应中转化氢气，从而推进氢能源的发展。
同时，碳纳米管还可以用于金属催化剂的支撑材料，以提高催化剂的催化效率和稳定性。
(三)生物传感器碳纳米管还可以用于生物传感器的制备，具有极高的灵敏度和选择性。
例如，在血糖检测中，将碳纳米管复合在臂带上，可以使用手机APP通过检测臂带的信号来进行血糖测量。
(四)纳米电子学由于碳纳米管的导电性能和尺寸效应，在纳米电子学领域也有广泛的应用。
例如，碳纳米管可以用作场效应管的电极材料，制备高性能的纳米电子器件。
总之，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，在能源储存、催化剂、生物传感器、纳米电子学等领域都有着广阔的应用前景。
随着技术的不断成熟和进步，相信碳纳米管在更多领域将会有更广泛的应用。
碳纳米管的制备技术与应用
碳纳米管的制备技术与应用碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种以碳元素为原材料制备的一维纳米材料，由于其具有良好的力学性能、电学特性以及化学稳定性等特点，已经成为当今研究领域中最为热门的材料之一。
本文将介绍碳纳米管的制备技术以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术可以分为两种类型：单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。
1. SWCNTs的制备技术SWCNTs是由单个碳原子组成的圆柱形分子，其直径只有1纳米左右，是碳纳米管中最小的一种。
目前SWCNTs的制备技术主要有以下几种：(1) 弧放电法：将石墨电极在惰性气体氛围下通电，随着通电时间的延长，在电极表面就会形成一个由碳原子组成的弧，此时就会产生SWCNTs。
(2) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生SWCNTs。
(3) 气味解法：将金属铝、镁等材料和碳合成物物质放入高温的石墨炉中加热，从而产生SWCNTs。
2. MWCNTs的制备技术MWCNTs是由许多个碳单层环形结构套在一起形成的管状结构，由于其具有较高的机械强度和导电性能，因此在材料科学等领域有着广泛的应用。
其制备主要有以下几种方式：(1) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生MWCNTs。
(2) 电磁纺丝法：将金属铜制成细丝，并加热到一定温度，然后向铜丝上喷射石墨或其它碳源，从而产生MWCNTs。
(3) 化学还原法：将单壁和多壁碳纳米管分散在水溶液中，然后将还原剂缓慢加入到溶液中，之后用超离心机或过滤器将沉淀的MWCNTs分离出来。
二、碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管因其高催化性能、热稳定性及导电性能等优异特点，将在材料科学领域中得到广泛的应用。
碳纳米管的制备方法和应用
碳纳米管的制备方法和应用碳纳米管是由纳米级的碳原子构成的一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在材料科学、电子学和生物医学中的应用。
一、碳纳米管的制备方法目前，常见的碳纳米管制备方法主要有化学气相沉积法、电化学沉积法、电弧放电法和碳热还原法等。
化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。
该方法利用金属催化剂（如铁、铜等）和含碳的气体（如一氧化碳、甲烷等）在高温下反应，生成碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和结构，制备出高质量的碳纳米管。
电化学沉积法是一种较为简单和经济的制备方法。
通过在电极表面施加电压，使金属离子在电极上还原并沉积成碳纳米管。
这种方法可以在常温下进行，对环境友好，但产出的碳纳米管质量较低。
电弧放电法是一种高温高压条件下制备碳纳米管的方法。
通过在金属电极之间施加高电压，形成电弧放电，使电极表面的碳物质蒸发并在高温高压下形成碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管尺寸较大，结构较不规则。
碳热还原法是使用碳源将金属氧化物还原成金属，并在高温下生成碳纳米管。
这种方法能够制备出高纯度的碳纳米管，但操作条件较为复杂。
二、碳纳米管在材料科学中的应用由于碳纳米管具有优异的力学性能、导电性和热导性，因此在材料科学中有广泛的应用。
碳纳米管可以添加到复合材料中，提高材料的力学性能和导电性。
此外，碳纳米管还可以用于制备超级电容器和锂离子电池，因为其具有较大比表面积和良好的电化学性能。
另外，由于碳纳米管具有较高的比表面积和孔隙结构，可以用作吸附剂来去除水和气体中的有害物质。
碳纳米管的应用还延伸到柔性电子学和传感器领域，用于制备柔性显示器件和高灵敏度的传感器，如压力传感器和化学传感器等。
三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管由于其独特的电子性质，被广泛应用于电子学领域。
碳纳米管可以用作场发射源，用于制备高亮度和高分辨率的显示器件。
此外，碳纳米管也可以用于制备柔性电子器件，如柔性电池和柔性晶体管等，具有重要的应用价值。
碳纳米管的研究现状及应用
１制备方法
高纯度和高产率碳纳米管的制备是碳 纳米管研究的一个重点 。 近年来 ， 人们 已经 成功地研 制 了多种碳纳 米管的制 备方法 ， 下面 重点讲述 了几种常见的制备 方法 。
１１电弧 法 ． 电弧 法 是最 早的 制备 碳纳 米 管的 方
法 和 浮游 法 。 （） １基体法 基体 法就是 用石墨或 陶瓷作为基体 ，
浮游法就是直接加热催化剂前驱体使 其成 气态 ，同时 与气态烃 被 引入 反应 室 ， 在不同温区完成各 自分解 ，分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒 ，浮游在反应 空 间，分解的碳原子在催化剂颗粒上析出
度下利用等离子体或激光 照射含催化剂的 石 墨靶 ，所形成 的气态碳和催化剂颗粒被
在碳纳米管 内，由于 电子的量子限域 所致 ，电子只能在石墨片中沿着碳纳米管 的轴向运动 ，因此碳纳米管表现出独特 的 电学性能。它既可以表现出金属的电学性 能又 可以 表现 出半 导体 的 电学性 能 。
Ｈｍａ ａ ｄ 、Ｍｉｔ ｒ 和 Ｓ ｉ ｎ ｍｉ ｅ ａｔ ｏ等根据理论模
管的研究取得高速发展 ，尤其在制备及应
２碳纳米管的性能及应用
由于碳纳米管具有种种优异特性 ，人 们 已经开始大力研 究其实际应用。以下主
要从三个方面 介绍碳 纳米管的性能 及其应
用 。
１３催化热解法 ．
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 １金属元素 Ｆ ｅ、ＣＯ、Ｎｉ 或其 组合 ，有 时 几纳 米到 几十纳 米 ，管 壁厚 度仅 为几纳 也添加稀土等其他元素及化合物 。相对其
米管（ ａ ｂ ｎ ａ ｏｕ ｅ Ｃ ｒ ｏ ｎ ｎ ｔｂ ，简称 Ｃ ＮＴ） ， ｆ “ 开辟 了碳科学发展的新篇章 ，其独特的结
碳纳米管修饰电极的制备及其电化学敏感性研究
陷。在 玻碳 电极上涂覆碳纳米管／ 聚酰亚胺复合膜 ， 结合扫 描电子显微 镜观察 ， 到 了可控 、 一 、 定 的 得 均 稳
电极 界 面 。利 用 循 环 伏 安 法 对 电极 进 行 性 能 测 试 ， 论 了 工 艺 对 性 能 的影 响 ， 果 表 明 ： 电极 对 溶 液 中 讨 结 该 的微 量 物 质 敏感 ， 且 对 电化 学 反 应 有 催 化 和 促 进 作 用 。 并
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ａ ｖ ｌｗａ ｆｐ ｅ ｒｎ ａ ｂｏ ｎ ｔ ｅ ｄｉ ｅ ｌ ｓ ｙ ｃ ｒ ｏ ｌｃｒ ｄｅ ｓ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ， ｎ ｈｅｒ ｎｏ ｅ ｙ ｏ ｒ ｐａｉ ｇ ｃ ｒ ｎ ｎａ ｏｕｂ ｓ ｍｏ ｆ ｄ ｇａ ｓ ａ ｂ ｎ ｅｅ ｔｏ ｓ ｉ ｎｒ ｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｉ ｉ ｅｅ ｔｏ ｈ ｍｉ ａ ｒ ｐｅｔｅｓａ ｅ ｔ ｓｅ ａ ｄ ａｎ ｌｚ ｄ．Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｈｅｐ ｏ ｏ ｙｍｉ ｅ，ｃ ｒ ｎ ａ ｔ ｂｅ ａ ｅ ｉｐｅｓ ｄ ｌ ｃｒ ｃ ｅ ｃ ｌｐ ｏ ｒｉ ｒ ｅ ｔｄ ｎ ａｙ ｅ ｔ ｈ ｌ ｆ ｐ ｌ ｉ ｄ ａ ｂｏ ｎ ｎｏｕ ｓ ｒ ｄ ｓ ｒ ｅ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｌ ｎｄ ｃ ｔ ｈ ｒ ｂ ｍｅ ｈ ｎｉａ ｌ ｉ ｉ ．Ａｆｅ ｔｈｉ ｏ ｅ ｓ， ｎ ｓ ｎ ｄｇ ｓ ｆ ｍａｎ ｃ ｂｏ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓｙ ａ ｕ ｓ ｏ ｔ ｙ ｃ ａ ｃ ｌｂａｌｍ ｌ ｎｇ ｔ ｒ ｅ ｃ ｎｇ ｐｒ ｃ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｅ ｅ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｒ ｎａ ｏｕｂ ｓ ａｅ ｅ ｐｏ ｅ ｎ ｈ Ｈ ｆｅ ｆ ｔｅ ｆｌ ａ ｄ ｅ ａ ｔ ａ ｔ ｅ ｓｔ ｏ ｌ ｃｒ ｃ ｅ ｉａ ｅ ｃｉｎｓ ｈｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｘ ｓ ｄ ｏ ｔｅ ｓ ｒａ ｅ ｏ ｈ ｍ ｎ ｂ ｃ ｍｅ ｈｅ ｃｉ ｉ ｉ ｖ ｅｓ ｆ ｅｅ ｔｏ ｈ ｍ ｃ ｒ ａ ｔｏ ．Ｔ ｌ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｆｌ ｏ ａ ｂ ｎｏｕｂ ｓａ ｌｉ ｄ ｗｈｉｈ ｉ ｈｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｏ ｈｅ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｓｍ ｏ ｉ ｅ ｌｓ ｙ ｏ ｓｔ ｍ ｆｃ ｒ ｏｎ ｎａ ｔ ｅ ｎｄ ｐｏｙ ｍｉｅ， ｃ ｓ ｔ ｎｔｒ ｃ ｆｔ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂｅ ｄｆ ｄ ｇａ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ｒ ｏ ｌｃｒ ｄｅ，ｓ ｏ ｒ ｌａ ｌ ｈ ｍｏｇ ｎｅ ｕｓ ａ ｄ ｔｂｌ ｙ ｔ ｅ ｍ ａ ｅ ｆｏ ｓ ａ ｉ ｇ ｅｅ ｔｏ ｉｒ ｓ ｏ ｅ． ａ ｂ ｎ ｅｅ ｔｏ ｉ ｃ ｎｔｏ ｌｂ ｅ， ｏ ｅ ｏ ｎ ｓａ ｅ ｂ ｈ ｉ ｇ ｓ ｒ ｍ ｃ ｎｎ ｎ ｌｃｒ ｎ ｍ ｃ ｏ ｃ ｐ Ｔｈｅ ｅ ｅ ｔｏ ｈｅ ｃａ ｅ ｏｍ ａ ｃ ｆｔ ｒ ｎ ａ ｏ ｕ ｅ ｍｏ ｉｉｄ ｌ ｃｒ ｄ ｓ ｅ ｔ ｄ ｂ ｙ ｌｃ ｖ ｔ ｌｃ ｒ ｃ ｍｉ ｌ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈｅ ｃａｂｏ ｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｆ ｄｆｅ ｅｅ ｔｏ ｅ ｉ ｔｓｅ ｙ ｃ ｃｉ ｏａｍｍｅｒ ｔ ｏ ｔｙ ｍｅ ｈ ｄ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｗ ｔａ ｔ ｉ ｔｐ ｏ ｌｃ ｒｄｅ ａ ｅ ｅ ｉｉｅ ｏ ｒｃ ｓ ｓａ ｃ ｓ ｎｄ ｌｏ ｅ ｒｓ ｌｓ ｈｏ ｈ ｔ ｈ ｓ ｙ ｅ ｆ ｅ ｅ ｔｏ ｓ ｒ ｓ ｎｓｔｖ ｔ ｔａ ｅ ｕｂ ｔｎ ｅ ａ ａｓ ｈａ ｅ ｈｅ ｕ ｔ ｎ ｆ ｖ ｔ ｆ ｎｃｉ ｏ ｏ
纳米电极的制备及应用研究
纳米电极的制备及应用研究纳米材料是指在尺寸上处于纳米级别的材料，具有许多特殊性质。
在电子学领域，纳米电极是指结构尺寸小于100纳米的电极。
与传统微米尺寸的电极相比，纳米电极具有更高的电学性能和更强的灵敏度。
因此，纳米电极在生物传感、电化学分析和纳米电子器件等领域具有广泛的应用前景。
一、纳米电极的制备方法目前，纳米电极的制备方法主要包括纳米压印、电子束光刻、自组装、化学气相沉积、溶液浸渍法等。
其中，电子束光刻是制备纳米电极最为普遍的方法之一。
1. 电子束光刻法电子束光刻方法是利用电子束在物质表面的能量作用下，局部均匀蚀刻或热裂解物质，形成几何结构尺寸在几百纳米至几十纳米之间的纳米图形。
电子束光刻方法适用于制备各种二维和三维的纳米电极，具有高精度和高分辨率的优点。
但是，制备成本较高且工艺复杂，需要先进行电子束图案设计，再通过电子束曝光、显影等步骤来得到所需结构。
因此，该方法在一定程度上限制了其应用的普及率。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过化学反应来合成纳米电极的方法。
其基本原理是在气氛下，通过控制反应温度、气氛和反应时间等条件，沉积出所需尺寸和形状的纳米电极。
该方法成本低、制备工艺简单且制备出的纳米电极具有优良电学性能，是制备纳米电极的一种有效方法。
二、纳米电极的应用1. 生物传感应用纳米电极在生物传感领域具有广泛的应用。
通过将纳米电极与生物分子相结合，可以实现对分子信号的高灵敏度检测。
例如，通过将单壁碳纳米管与DNA分子结合，可以实现对DNA序列扩增产物的检测。
另外，利用纳米电极检测生物分子间相互作用的信号，也可以用于生物分子的鉴定和研究。
2. 电化学分析电化学分析是指利用电化学方法测量样品中成分与浓度的分析技术。
纳米电极在电化学分析领域的应用具有广泛的前景。
通过将纳米电极和电化学传感器相结合，可以实现对生物样品中有机物质的高灵敏度检测，如对葡萄糖、尿酸等的检测。
3. 纳米电子器件纳米电极在纳米电子器件领域具有广泛的应用，例如CMOS器件、磁性材料器件、传感器等。
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用随着科技的不断发展，人们对于新材料的需求也越来越高，其中碳纳米管便是一种备受关注的材料。
其独特的物理和化学性质使其在不同的领域中具有广泛的应用前景，尤其是在太阳能电池中的应用。
本文将介绍碳纳米管的合成方法及其在太阳能电池中的应用。
一、碳纳米管的合成方法碳纳米管的合成方法可以分为两类：一是碳原子的“卷曲法”、拉伸法或桥接法等直接制备；二是通过一定的控制条件，使金属或半导体基底上的碳杂质被“转化”为碳纳米管的方法。
1.碳原子的“卷曲法”碳原子的“卷曲法”是最早的碳纳米管制备方法之一。
该法将石墨晶体中的一系列奇异环(例如，5环、7环)选择性地卷曲成为管状结构。
在综合比较不同组合下的奇异环的稳定性和卷曲度之后，人们发现半径为0.56 nm的单壁碳纳米管是奇异环结构卷曲所得最为稳定的结构之一。
2.金属或半导体基底上的碳杂质“转化法”金属或半导体基底上的碳杂质“转化法”是目前最常用的单壁碳纳米管制备方法之一。
该方法分为两步：首先是在基底上形成碳杂质，然后通过化学气相沉积(CVD)等方法使其被“转化”为碳纳米管。
二、碳纳米管在太阳能电池中的应用碳纳米管在太阳能电池中的应用主要包括三个方面：作为电极材料、增加背散射反射和利用碳纳米管的导电性质等。
1.作为电极材料太阳能电池中碳纳米管可以被用作电极材料。
相比于传统的导电氧化物材料，碳纳米管导电性更好，因此能够提供更加稳定的电池输出，同时也能够降低电池的制造成本。
2.增加背散射反射太阳能电池中碳纳米管还可以被用于增加背散射反射。
通过控制碳纳米管的长度和直径，可以在电池背面形成一定结构的障碍，使得一部分光线被散射反射，从而能够提高光电池的效率。
3.利用碳纳米管的导电性质太阳能电池中碳纳米管还可以被用于利用其导电性质。
碳纳米管可以作为电池的电子传输通道，从而提高电池的导电性能，同时也能够降低电池内部的电阻，提高电池的转换效率。
综上所述，碳纳米管是一种极具前景的材料，具有广泛的应用前景，特别是在太阳能电池中的应用。
多壁碳纳米管电化学电极的制备
多壁碳纳米管电化学电极的制备
多壁碳纳米管电化学电极是一种新型的电化学传感器，具有高灵敏度、高选择性和高稳定性等优点，被广泛应用于环境监测、生物传感和化学分析等领域。
本文将介绍多壁碳纳米管电化学电极的制备方法及其应用。
多壁碳纳米管是由多个同心圆形的碳层构成的管状结构，具有优异的电导性和化学稳定性。
制备多壁碳纳米管电化学电极的方法主要有两种：一种是将多壁碳纳米管直接修饰在电极表面，另一种是将多壁碳纳米管与导电聚合物混合后涂覆在电极表面。
第一种方法的制备步骤如下：首先将电极表面清洗干净，然后将多壁碳纳米管分散在有机溶剂中，如N-甲基吡咯烷酮（NMP）或二甲基亚砜（DMSO）中，制备成浓度为0.1-1 mg/mL的溶液。
接着将电极浸泡在多壁碳纳米管溶液中，经过一定时间的修饰后，将电极取出并用纯水和有机溶剂清洗干净即可。
第二种方法的制备步骤如下：首先将多壁碳纳米管分散在有机溶剂中，如NMP或DMSO中，制备成浓度为0.1-1 mg/mL的溶液。
接着将导电聚合物（如聚苯胺、聚咔唑等）分散在有机溶剂中，制备成浓度为0.1-1 mg/mL的溶液。
将两种溶液混合后，用旋涂仪将混合液涂覆在电极表面，经过一定时间的干燥后，将电极取出并用纯水和有机溶剂清洗干净即可。
多壁碳纳米管电化学电极具有广泛的应用前景。
例如，可以用于检测环境中的重金属离子、有机污染物和生物分子等。
此外，多壁碳纳米管电化学电极还可以用于制备电化学储能器件和传感器等。
总之，多壁碳纳米管电化学电极的制备方法简单、成本低廉，具有广泛的应用前景，是一种非常有前途的新型电化学传感器。
单壁碳纳米管电弧放电法制备及纯化初步的研究
太啄理下大学砸十研究乍学付论屯了单壁碳纳水管（Ｓｉｎｇｌｅ州ａｉｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＳＶⅢＴｓ），单壁碳纳米管足碳纳水管１０极限形式，具有精细的原子结构、超高的长径比和化学稳定性，这使得单壁碳纳米管具有巫』ｊＩＪ独特的物理化！≯性质。
碳纳米管的聊｝究是Ｃ６０研究的继续，是继人造会刚石和富勒烯发现之后，炭材料及纳米材料领域。
｝－的义一重大发现。
它可以看怍是介于石墨和富勒烯之间的一种材料，由于其具有介观尺度和奇异的物理、化学、机械和电子性能而被认为极具理论研究价值：从实际应用的角度来看，碳纳米管直接与纳米技术相关联，因此倍受人们的关注。
自从被发现以来，碳纳米管己称为炭素界和凝聚态物理研究的前沿和热点。
１．１．２单壁碳纳米管的结构碳纳米管可以看成是石墨烯片卷积而成【”，其理想的结构是由六边形碳原子网格围成的无缝、中空管体，两端通常由半球形的大富勒烯分子罩住，根据它们的长径比，碳纳米管可以认为近乎一维结构。
根据管壁包含碳原子层数的不同．可将碳纳米管分为多壁碳纳米管（管壁由２到数十个碳原子层组成）和单壁碳纳米管（管壁仅由一层碳原子组成），图１．１给出的是１－５层碳纳米管的高分辨率透射电子显微镜照片（ＨＲＴＥＭ）【甜。
图１－１ｌ一５层壁的碳纳米管的高分辨率照片Ｆｉｇ．１－ＩＨＲＴＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆ１～５－ｓｈｅｌｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ单壁碳纳米管可以看作仅由一层碳原子卷积而成的，直径零点几到几个纳米，长径比很大，因而表现出更加独特的电子和力学性能。
描述单壁碳纳米管的结构时，除了长度外，完全可以使用一个向量Ｃ（称为手性向量）来描述【５１。
在一石墨烯片结构图上选２太原理ｌ：大学硕十研究生学位论文单壁碳纳米管能够仅仅使用一对与手性矢量有关的整数（，ｌ，，玎）来描述。
这些矢量值表明有三类单壁碳纳米管：当１７ｌ＝０时称为扶手倚型管８＝－－００；当ｍ＝Ｏ时称为锯齿型管归３００：其它的即ｎ≠，７Ｉ，称为螺旋型管，耿值在Ｏ“～３０”之川。
碳纳米管的制备方法研究进展
碳纳米管的制备方法研究进展一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料，受到了广泛关注。
碳纳米管因其出色的电学、力学、热学等特性，在能源、电子、生物医疗等领域具有巨大的应用潜力。
然而，碳纳米管的规模化制备及其性能优化仍是当前研究的热点和难点。
本文旨在综述近年来碳纳米管制备方法的研究进展，分析不同制备方法的优缺点，探讨未来可能的发展方向，以期为推动碳纳米管的实际应用提供理论支持和技术指导。
文章首先回顾了碳纳米管的基本结构和性质，为后续研究方法的介绍奠定基础。
随后，重点介绍了化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法等多种碳纳米管制备方法的研究进展，分析了这些方法在制备过程中的关键因素及其对碳纳米管性能的影响。
文章还关注了新兴制备方法如溶液法、模板法等在碳纳米管制备中的应用，以及这些方法的创新点和挑战。
通过对已有文献的梳理和评价，本文总结了当前碳纳米管制备领域的主要成果和不足，展望了未来的发展趋势。
未来，随着科学技术的不断进步，碳纳米管的制备方法将更加多样化、高效化，有望为碳纳米管的产业化发展奠定坚实基础。
二、碳纳米管的基本性质碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种由碳原子以特定方式排列形成的一维纳米材料，自从1991年被首次发现以来，因其独特的结构和性质，已成为纳米科学和技术领域的研究热点。
碳纳米管的基本性质主要体现在其结构、电学、热学和力学性能上。
结构上，碳纳米管可以看作是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝管状结构，这种独特的结构赋予了碳纳米管出色的物理和化学性质。
电学方面，碳纳米管因其特殊的电子结构和量子限域效应，表现出优异的导电性能，既可以是金属性，也可以是半导体性，这取决于其直径和螺旋度。
热学方面，碳纳米管具有极高的热导率，使其成为潜在的散热材料。
力学性能上，碳纳米管具有超高的强度和模量，比钢强而轻，这使得它在复合材料增强和纳米机械等领域具有广阔的应用前景。
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。
当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。
长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。
，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
碳纳米材料的制备及应用
国 内首 台直 流 电弧 等 离 子 体 法 金 属 超 微 粒 子 生 成 炉 ；０３年 ， 与 日本 Ｕ Ｖ Ｃ公 司合 作 研发 了 日本 ２０ 又 ＬＡ 首 台利 用 电弧 放 电法制 备高 品质 单壁 碳 纳米 管 的大 型专 用设 备 —— 碳 纳 米 管 实 验 装 置 ．０ ８年 ， 课 ２０ 本 题组 又与 中 国科 学 院沈 阳科 学仪 器 研 制 中 心合 作 ，
Ｋ， 单根 Ｍ Ｎ 单根碳纳米线的拉曼（ ａ ａ ） ＷＣ Ｔ、 Ｒ ｍ ｎ 光谱研究 以及石墨烯的大量制备等方面均取得了可喜 的成果．
关键词 ： 纳米管 ； 墨烯 ； 碳 石 碳链 ； 碳纳米线 ； 氢电弧放 电法
中 图 分 类 号 ： Ｂ３ ３ Ｔ ８ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ７２ ６ （ ０ １ ０ －４ ８０ １０ －８ １ ２ １ ） ０ ３ －９ ４
碳 纳米 管 （ Ｎ ｓ ｓ 、 墨 烯 （ ｒｐ ｅ ｅ ｓ Ｃ Ｔ ，ｐ ） 石 ｇａ ｈ ｎ ，ｐ ）
吲素异 形 体 ， 如金 刚 石 （ ｉｎｎ ，ｐ ｄｉ ｄ ｓ ａｏ 杂化 轨 道 成 键 ） 石 墨 （ｒｐ ｉ ，ｐ ） 富 勒 烯 （ｕｌｒｎ ，ｐ） 、 、 ｇａｈｔ ｓ 、 ｅ ｆｌ ｅｅ ｓ。 … ｅ
开 发
大学低维 炭材料 与 器件 物 理研 究 所成 立 于 ２０ ０８年 ５ 月， 主要 围绕 一维 、 碳纳 米材 料开 展 了大量 制备 、 二维 结构 表征 、 性 及应 用 研 究工 作 ， 且 已经 在 高 纯度 物 并
ｇ ｏ ｈ ｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎｏ ｒ ｓｈ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｄ ｓ ｃ ｓ ｆ ｌｙ Ｅｌ ｃｒ ｃ ｍ ｉａ ｈａａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｒ ｐ ｅ ｅ ｒ ｗｔ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｗｉｅ ａ ｅ ｂｅ ｎ ｐ ｅ ａ ｅ ｕｃ ｅ ｓｕ ｌ ． ｅ ｔｏ ｈｅ ｃ ｌｃ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆｇ ａ ｈ ｎ
碳纳米管的特性及其分析应用
碳纳米管的特性及其分析应用摘要碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
本文着重介绍碳纳米管的特性及其在仪器分析中的应用。
关键词：碳纳米管；特性；仪器分析I一、引言碳纳米管（CNT,又名巴基管，于1991年被日本电子公司（NEC的饭岛博士发现。
是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
由于其优异的力学、电学和光学特性，碳纳米管受到了越来越多的关注。
随着时间的推移，CNT的制备与表征手段越发完善，由CNT制成的各种产品技术也趋于成熟。
二、碳纳米管的制备方法其主要有三种制备方法：分别为电弧放电，激光蒸发法和碳氢化合物催化分解。
（一）电弧放电电弧放电是指一般情况下由两个电极和它们之间的气体空间所组成电弧能产生高温。
但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。
电弧放电实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程。
该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。
本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。
施加电压可为直流也可为交流，电压10〜10 0伏，电流0〜10安培。
本方法的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。
（二）激光蒸发法激光蒸发法是制备碳纳米管的一种有效方法•用高能CC2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备碳纳米管，管径可由激光脉冲来控制。
激光脉冲间隔时间越短，得到的碳纳米管产率越高，而碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。
碳纳米管
碳纳米管的制备及其在催化领域的应用摘要：碳纳米管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有优异的催化性能，其优异的催化性能主要是由碳纳米管具有的巨大的长径比、超大的比表面积、极高的热稳定性和化学惰性以及其独特的电导性能决定的，并且由于纳米粒子作为催化剂具有表面凸凹不平、表面能高、晶内扩散通道短、表面催化活性位多等优点，使碳纳米管在催化领域有极大的发展前景。
用本文主要讨论了碳纳米管的制备、结构及其性质，并简要介绍了碳纳米管在催化领域中的一些重要应用。
关键词：碳纳米管；制备方法；催化作用引言：人们对碳元素的认识经历了很长的时间，到目前为止，已经发现了很多不同种类的碳元素组成的物质。
在18世纪时,人们就已经确定了两种碳的同素异形体：石墨和金刚石。
到了1924年人们又确定了石墨的结构。
但仅仅是由单质碳构成的物质远不止这两种,在1985年，C60的发现使人们对碳的认识提高到了一个新的阶段。
后来日本电子显微镜专家S.Iijima于1991年在高分辨电子显微镜下检测C60时发现阴极炭黑中含有一些针状物,这些针状物是由纳米级的同轴碳原子构成的管状物,相邻两管的层间距约为0.34mn,近似于C60的半径。
Iiijma将它命名为碳纳米管。
碳纳米管，是一种具有特殊结构——其外径为1-50nm，长度为几μm-几百μm，管壁可以是单层、双层、多层的一维量子材料，它的管子两端基本上都封口，重量轻，六边形结构且连接完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能。
虽然碳纳米管到目前为止仅被发现20几年,但它已经已经显示出巨大的应用前景并且已经广泛地影响了化学、物理、材料等众多科学领域。
本文将对碳纳米管的制备方法及其在催化领域中的应用做出重点介绍。
正文：一、碳纳米管的结构和形貌碳纳米管是由类似石墨的六边形网格所组成的管状物，其中每个碳原子和相邻的三个碳原子相连，形成六边形网格结构，因此碳纳米管中的碳原子以SP2杂化为主，但碳纳米管中六边形网络结构中会产生一定的弯曲，其中可形成一定的SP3杂化键。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管制备方法的研究进展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。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定【1】。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
碳纳米管的制备、性质和应用进展
在化学传感器和生物传感器领域，碳纳米管的敏感度高、响应速度快，可检测 多种化学物质和生物分子。例如，多壁碳纳米管可检测空气中的有害气体分子， 单壁碳纳米管可检测生物体内的病毒和细菌。这些应用为化学和生物分析提供 了新的检测手段。
在硬材料制备领域，碳纳米管因其卓越的力学性能和热导率而被用于制备高性 能复合材料和耐磨材料。例如，将碳纳米管添加到塑料或橡胶中可显著提高材 料的强度、韧性和热稳定性。此外，碳纳米管还被用于制造刀具和轴承等耐磨 器件，其高硬度和高耐磨性使得这些器件的性能得以显著提升。
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碳纳米管的电子结构研究表明，它们具有金属性和半导体性两种类型，具体取 决于碳纳米管的层数和手性。碳纳米管的导电性能与金属导线相似，具有高电 导率。同时，碳纳米管还具有优异的热导率，可高达6000 W/m·K，远高于铜。
碳纳米管的应用：
由于其独特的结构和性能，碳纳米管在电子、化学传感器、生物传感器和硬材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
3、生物医学领域
在生物医学领域，碳纳米管膜也展现出广阔的应用前景。由于其生物相容性和 良好的电性能，碳纳米管膜可以作为药物载体和细胞培养基底。研究表明，将 药物包裹在碳纳米管膜内，可以实现对药物的精确控制和靶向输送。同时，碳 纳米管膜还可以作为细胞生长支架，促进细胞的黏附和增殖。
4、电子器件领域
然而，尽管碳纳米管的研究已经取得了许多成果，但仍存在一些问题需要进一 步探讨。例如，碳纳米管的制备过程中，如何实现规模化生产并降低成本；在 性质方面，如何控制碳纳米管的形貌和性能；在应用方面，如何将碳纳米管更 好地应用到实际生产和科学研究中。
同时，随着科技的不断进步和创新，碳纳米管的研究和应用前景也日益广阔。 未来，可以进一步探索碳纳米管在其他领域的应用，如能源、环保、生物医学 等。此外，随着人工智能和大数据等技术的快速发展，可以预见碳纳米管的研 究和应用将越来越受到智能化和数字化的影响，这将会为碳纳米管的研究和应 用带来更多的机遇和挑战。
碳纳米管的研究和应用
碳纳米管的研究和应用碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有极高的导热和导电性、强度和轻量化等优异性能，近年来已成为纳米材料研究领域的热点话题。
本文将简要介绍碳纳米管的性质特点、制备方法以及它们在电子学、医学和能源等方面的应用。
一、碳纳米管的性质特点碳纳米管具有许多独特的性质特点，这些性质使得它们在许多领域有着广泛的应用前景。
首先是碳纳米管的导热和导电性能极高，比铜的导电性能还要好。
理论上，碳纳米管的电阻率可以达到金属的1/1000，而且能够在室温下运输电子。
这些性能几乎没有与之相媲美的材料。
其次是碳纳米管的强度极高。
碳纳米管中的碳原子排列方式可以形成类似鸟巢的纳米空腔结构，使得碳纳米管的刚度和强度远高于其他材料。
利用碳纳米管可以制备出超级强度复合材料，提高材料的强度和耐磨性能。
最后是碳纳米管的轻量化特性。
碳纳米管的质量只有同等体积下石墨材料的1/6，而且具有高表面积和大的空气孔隙结构，与其他材料相比有着更强的吸附和催化作用，因此有着良好的吸附分离和催化性能。
二、碳纳米管的制备方法碳纳米管有多种制备方法，包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等。
其中，化学气相沉积法是目前应用最为普遍的一种制备方法。
化学气相沉积法是通过在高温下将碳源气体转化为碳纳米管的方法。
一般来说，碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔等。
通过控制反应条件，可以制备出长度、直径、数量、结构等不同的碳纳米管。
与其他制备方法相比，化学气相沉积法具有制备出高质量、大量、结构比较规则的碳纳米管的优点。
三、碳纳米管的应用碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用，以下仅列出其中的几个方面。
1. 电子学碳纳米管具有优越的导电性能和热导性能，被认为是下一代电子学元器件的有力竞争者。
碳纳米管可以作为场效应晶体管、热电元件、透明电极等电子元件，还可以应用于柔性电子、纳米电池等领域。
2. 医学碳纳米管可以作为药物输送载体，具有较大的表面积和大量表面官能团，能够帮助药物靶向传输和细胞内吸收。
碳基纳米材料的制备与表征
碳基纳米材料的制备与表征碳基纳米材料是一类具有许多独特性质和广泛应用前景的材料，其制备和表征在纳米科学和材料科学领域中备受关注。
本文将探讨碳基纳米材料的制备方法和表征技术，并介绍其在能源存储、催化剂和生物医学等领域的应用。
1. 制备方法碳基纳米材料的制备方法多种多样，常见的包括碳纳米管的化学气相沉积法、碳纳米片的溶剂剥离法、石墨烯的机械剥离法等。
其中，碳纳米管的制备是研究者关注的焦点之一。
在化学气相沉积法中，研究者通常采用金属催化剂和碳源作为原料，通过控制气氛和温度等条件，使碳原子在金属催化剂表面形成纳米管状结构。
这种方法制备的碳纳米管具有优良的导电性和力学性能，广泛应用于电子器件和材料强化领域。
此外，石墨烯的制备也是研究的热点之一。
石墨烯是由单层碳原子组成的二维晶体结构，具有优异的导电性和机械性能。
机械剥离法是制备石墨烯的常用方法，它通过在石墨表面施加机械力，将石墨层层剥离至单层厚度。
这种方法制备的石墨烯薄片可用于制备柔性电子和生物传感器等器件。
2. 表征技术为了准确地了解碳基纳米材料的结构和性质，研究者采用了多种表征技术。
常用的表征技术包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和X 射线衍射(XRD)等。
这些技术能够提供材料的形貌、结晶度和化学成分等信息，对于研究材料的性能和应用具有重要意义。
SEM和TEM是观察纳米材料形貌和结构的重要手段。
SEM通过扫描样品表面的电子束，获得样品表面的显微图像，适用于观察纳米材料的形貌和微观结构。
TEM则通过透射样品的电子束，获得样品的透射图像，可用于观察纳米材料的晶体结构和层间间距。
这两种技术结合使用，可以全面地了解材料的结构和形貌。
此外，拉曼光谱和XRD能够提供材料的化学组成和结晶度信息。
拉曼光谱通过照射样品表面的激光束，测量样品对光的散射，得到材料的拉曼光谱图。
不同的化学键和晶格振动会导致不同的拉曼峰位置和强度，通过分析这些峰可以确定材料的化学组成和结构。
碳纳米管材料的制备与性能研究
碳纳米管材料的制备与性能研究随着科技的不断发展，新材料的研究和开发也成为了一个重要的领域。
碳纳米管材料作为一种新型材料，具有优异的物理、化学和力学性质，被广泛应用于电子、储氢、催化、生物传感、高强度材料等领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法及其相关性能研究。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有物理法、化学法和物理化学方法三种。
1、物理法物理法制备碳纳米管主要包括电弧放电法、激光烧蚀法、热裂解法、等离子体化学气相沉积法等。
电弧放电法是一种制备碳纳米管的传统方法，其原理是利用高温高压下石墨电极的放电作用，使石墨电极表面的碳被加热、蒸发、再结晶形成碳纳米管。
激光烧蚀法是利用高能激光在石墨基底上瞬间烧蚀形成碳纳米管。
这种方法可以精确地制备单壁碳纳米管，是制备高质量碳纳米管的可行方法之一。
热裂解法是一种低温制备碳纳米管的方法。
该法通过在石墨表面沉积金属催化剂，然后在高温低压条件下，利用热裂解作用制备碳纳米管。
等离子体化学气相沉积法是一种新型的碳纳米管制备方法。
该法利用等离子体反应，使金属催化剂先成核、再生长，最终形成碳纳米管。
2、化学法化学法制备碳纳米管主要包括水热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、氧化还原法等。
水热法是一种基于水相合成的制备碳纳米管的方法。
在高温高压下，碳源离子与金属催化剂的复合物在水热环境下形成，最终可以形成碳纳米管。
化学气相沉积法是一种常用的制备碳纳米管的方法。
利用合成气、甲烷等碳源和催化剂反应，可以在金属表面上形成碳纳米管。
溶胶凝胶法是一种利用聚集态多相反应制备碳纳米管的方法，可以制备不同形态、大小、结构的碳纳米管。
氧化还原法是一种新型的制备碳纳米管的方法。
该法利用氧化还原反应的原理，在强酸性介质中，将碳源还原成碳纳米管。
3、物理化学方法物理化学方法主要包括化学涂覆法、电化学法、微波辐射法、胶体化学法等。
化学涂覆法是一种在金属催化剂表面涂覆碳源物质的方法。
该法可以制备出高质量、高纯度的碳纳米管。
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碳纳米管电极的制备及应用研究【摘要】：氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学研究引起了越来越多研究者的兴趣，这些研究能帮助我们了解蛋白质的结构和蛋白质发生电子传递的机理。
由于多数蛋白质分子量较大，其电活性中心很难与电极直接交换电子。
为了促进蛋白质和电极的电子传递，研究运用了各种纳米材料修饰电极，如金属纳米颗粒、碳纳米管等。
碳纳米管自从被发现后，因为其独特的力学、电子特性以及化学特性成为世界范围内的研究热点之一。
因其具有独特的结构、优良的力学性质及杰出的电学性质，碳纳米管在显微镜探针、场发射显示器、超级电容器、分离领域及传感器等领域得到广泛应用。
由于碳纳米管的表面效应，即直径小、表面能高、原子配位不足，使其表面原子活性高，易与周围的其它物质发生电子传递作用，在电化学和电分析化学的研究中，如蛋白质的直接电化学和电化学生物传感器的构筑，具备了独特的优势。
本文利用碳纳米管优良的物理、化学、电催化性能以及它们良好的生物相容性，结合纳米粒子的小粒径和大的比表面积效应，制备了2种不同类型的多壁碳纳米管修饰电极，实现了血红蛋白的直接电化学，该类修饰电极对过氧化氢等具有良好的生物电催化性质，能用于生物传感界面的构建。
采用化学气相沉积法在石英基底上成功制备了直立碳纳米管阵列，并将其制成直立碳纳米管阵列电极，将血红蛋白、葡萄糖氧化酶采用多种方法固定到阵列电极界面上，制备的生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度。
具体内容如下：第一章绪论首先系统介绍了碳纳米管的发现及应用研究，包括碳纳米管的分类、性能、制备方法、功能化以及应用现状。
接着介绍了氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学，包括研究意义、研究现状以及纳米材料在蛋白质(酶)生物传感器中的应用。
第二章血红蛋白在1-芘丁酸琥珀酰胺酯／碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学本章采用多壁碳纳米管(MWNTs)、1-芘丁酸琥珀酰胺酯(PASE)和金纳米粒子(AuNPs)构筑生物兼容性薄膜，用于固定血红蛋白生物分子。
首先1-芘丁酸琥珀酰胺酯的芘基端可以与碳纳米管的侧壁通过π键合作用形成PASE／MWNTs，然后，血红蛋白(Hb)通过蛋白分子中的胺基与PASE的琥珀酰胺酯基端的亲核取代反应形成胺键，固定到PASE／MWNTs纳米复合材料表面。
最后，金胶纳米粒子通过静电作用力吸附血红蛋白分子表面，形成Au／Hb／PASE／MWNTs。
采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、电化学交流阻抗(EIS)及循环伏安扫描(CV)等方法对电极修饰过程进行表征。
实验结果表明，Hb在Au／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极表面没有发生变性，能够进行有效和稳定的直接电子转移反应。
所得的Au ／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极对H_2O_2、TCA、NaNO_2、O_2具有良好的催化还原的生物传感特性。
第三章血红蛋白在多壁碳纳米管／金胶纳米粒子和SiO_2层层组装膜电极界面上的直接电化学本章提出一种基于多壁碳纳米管／金胶纳米粒子(MWNTs／Au)，SiO_2溶胶-凝胶和蛋白质层层组装的方法固定血红蛋白(Hb)，制得蛋白质电化学生物传感器。
首先将一定量的MWNTs和金胶掺杂在一起后滴涂在玻碳(GC)电极表面，随后先后将一定量的Hb和SiO_2均匀滴涂在MWNTs／Au／GC电极表面，如此交替，即可进行层层组装，得到{SiO_2／Hb}_n的层层组装膜。
采用差分脉冲伏安法(DPV)对组装过程进行监测。
结果表明，当组装层数n=2时，Hb在层层组装膜内的固定达到了饱和。
在{SiO_2／Hb}_2/MWNTs／Au／GC电极上Hb 保持其原有的生物活性，能够进行稳定、有效的直接电子转移。
固定的Hb呈现过氧化物酶的特性，对溶液中的H_2O_2具有良好的生物电催化还原特性。
第四章葡萄糖氧化酶在CdS纳米粒子／壳聚糖和Pt纳米颗粒修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究本章采用化学气相沉积法，以酞菁铁为原料，在石英基底上气相沉积制备大面积的直立碳纳米管阵列。
将制得的碳纳米管表面喷金后，用10％的HF将直立碳纳米管阵列从石英基底上剥离，制成电极。
场发射扫描电镜图表明，直立碳纳米管(ACNTs)阵列电极的顶端开口，侧壁直立、均匀、有序。
以ACNTs阵列电极作为工作电极，并且使用了两种类型的纳米粒子对电极进行修饰。
首先在直立碳纳米管阵列上电沉积的铂纳米粒子(Pt_(nano)；当溶液pH值大于壳聚糖的pKa时，葡萄糖氧化酶(GOD)、CdS纳米粒子和壳聚糖(CS)的混合溶液电沉积到ACNTs-Pt_(nano)电极表面。
实验表明，铂纳米粒子有效地增加了电极表面积、提高电极的电子传递速率，CdS纳米粒子有效的促进了葡萄糖氧化酶与直立碳纳米管阵列电极之间的直接电子传递，实现了葡萄糖氧化酶的活性中心FAD／FADH_2的直接电化学。
基于CS-GOD-CdS／ACNTs-Pt_(nano)电极的葡萄糖生物传感器显示了良好的传感性能，其检测线性范围为400μM～21．2mM，最低检测限为46．8μM(S／N=3)，表观米氏常数为11．86mM。
第五章血红蛋白在重氮化修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究本章采用一种简单有效的方法，对直立碳纳米管阵列电极进行功能化修饰。
通过在溶液中电化学还原4-羧基苯基重氮盐，得到基于表面羧基化的直立碳纳米管阵列电极，并且成功的将血红蛋白(Hb)分子固定在直立碳纳米管阵列电极表面。
制备的直立碳纳米管阵列电极具有良好的生物兼容性和导电性，电极表面的羧基提供了更多的蛋白质结合位点，使得血红蛋白分子在此功能界面上可实现直接电子转移。
采用循环伏安法和计时电流法对Hb分子的直接电化学和生物电催化活性进行监测。
结果表明，在0．1MpH7．0的PBS中，Hb的示量电位为-0．312V(vs．Ag/AgCl)，异相电子传递速率常数为0．95±0．05s~(-1)。
该电极对H_2O_2有很好的电催化还原作用，其表观米氏常数K_m~(app)为0．15mM。
第六章血红蛋白在金胶纳米粒子和SiO_2溶胶凝胶修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究采用直立碳纳米管阵列(ACNTs)作为工作电极，结合金纳米粒子的生物相容性和SiO_2溶胶凝胶较好的成膜性，并利用直立碳纳米管阵列大的表面积研究了血红蛋白的固定。
实验表明，固定在SiO_2／Hb-AuNPs／ACNTs电极上的Hb在0．1MPBS(pH7．0)中有一对很好的、几乎对称的氧化还原峰，分别位于-0．221和-0．323V(vs．Ag／AgCl)。
所得的SiO_2／Hb-AuNPs／ACNTs电极对H_2O_2具有良好的生物传感性能，其检测线性范围为40μM～4mM，最低检测限为22μM(S／N=3)，表观米氏常数为0．44mM。
【关键词】：可碳纳米管氧化还原蛋白质直接电化学直立碳纳米管阵列生物传感器【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2009【分类号】：TB383.1【目录】：摘要6-10Abstract10-20第一章绪论20-561碳纳米管概述及应用研究20-401.1碳纳米管的分类20-231.1.1按手性分类201.1.2按层数分类20-211.1.3按导电性分类21-221.1.4按生长取向性分类22-231.2碳纳米管的性能23-271.2.1电学性能23-241.2.2力学性能24-251.2.3光学性能25-271.2.4热学性能271.3碳纳米管的制备27-311.3.1间接方法制备定向碳纳米管阵列28-291.3.2直接方法制备定向碳纳米管阵列29-311.4碳纳米管的功能化31-331.5碳纳米管的应用33-401.5.1碳纳米管在显微镜探针中的应用33-341.5.2碳纳米管在场发射显示器中的应用34-351.5.3碳纳米管在超级电容器中的应用35-361.5.4碳纳米管在分离领域的应用361.5.5碳纳米管在生物传感器中的应用36-402氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学研究40-462.1研究意义40-412.2研究现状41-432.3纳米材料在蛋白质(酶)生物传感器中的应用43-463本论文的研究目的及意义46-49参考文献49-56第二章血红蛋白在1-芘丁酸琥珀酰胺酯/碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学56-721引言56-572实验部分57-592.1仪器57-582.2试剂582.3金胶纳米粒子的合成582.4玻碳电极的预处理及Au/Hb/PASE/MWNTs/GC电极的制备58-592.5临床血液样品中血红蛋白含量的测定593结果与讨论59-693.1Au/Hb/PASE/MWNTs复合膜的表征59-623.1.1傅立叶红外光谱(FTIR)分析59-603.1.2紫外可见吸收光谱(UV-Vis)分析60-613.1.3扫描电子显微镜(SEM)表征61-623.2Au/Hb/PASE/MWNTs/GC电极的电化学交流阻抗(EIS)研究62-633.3Au/Hb/PASE/MWNTs/GC电极的电化学行为研究63-653.4临床血液样品中Hb的测定65-663.5Au/Hb/PASE/MWNTs/GC电极的对H_2O_2、TCA、NaNO_2和O_2的电催化还原66-694结论69参考文献69-72第三章血红蛋白在多壁碳纳米管/金胶纳米粒子和SiO_2层层组装膜电极界面上的直接电化学72-851引言72-732实验部分73-742.1仪器732.2试剂73-742.3金胶纳米粒子的合成742.4SiO_2溶胶-凝胶的合成742.5玻碳电极的预处理及{SiO_2/Hb}_n/MWNTs/Au/GC电极的制备743结果与讨论74-813.1SiO_2溶胶-凝胶的FESEM表征74-753.2SiO_2/Hb/MWNTs/Au复合膜的傅立叶红外光谱(FTIR)分析75-763.3{SiO_2/Hb}_n/MWNTs/Au/GC电极组装层数的优化76-773.4{SiO_2/Hb}_2/MWNTs/Au/GC电极的电化学行为研究77-793.5pH的影响79-803.6{SiO_2/Hb}_2/MWNTs/Au/GC电极对H_2O_2的电催化还原80-813.7{SiO_2/Hb}_2/MWNTs/Au/GC电极的重现性和稳定性814结论81-82参考文献82-85第四章葡萄糖氧化酶在CdS纳米粒子/壳聚糖和Pt纳米颗粒修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究85-981引言85-872实验部分87-892.1仪器872.2试剂872.3CdS纳米粒子的合成872.4CS-GOD-CdS 溶液的制备872.5直立碳纳米管阵列的制备87-892.6CS-GOD-CdS/ACNTs-Pt_(nano)电极的制备893结果与讨论89-953.1直立碳纳米管阵列的形貌893.2CS-GOD-CdS/ACNTs-Pt_(nano)电极的场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征89-903.3CS-GOD-CdS/ACNTs-Pt_(nano)电极上葡萄糖氧化酶的直接电化学90-933.4CS-GOD-CdS/ACNTs-Pt_(nano)电极对葡萄糖的电催化活性研究93-954结论95参考文献95-98第五章血红蛋白在重氮化修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究98-1111引言98-992实验部分99-1012.1仪器99-1002.2试剂1002.34-羧基苯基重氮盐的合成1002.4血红蛋白-直立碳纳米管阵列电极的制备100-1013结果与讨论101-1073.14-羧基苯基修饰的ACNTs(4CP-ACNTs)阵列电极的电化学特性101-1023.2Hb-ACNTs薄膜的表征102-1043.2.1傅立叶红外光谱(FTIR)分析102-1033.2.2场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征103-1043.3Hb-ACNTs电极的电化学性质研究104-1053.4Hb-ACNTs电极对H_2O_2的电催化还原105-1073.5Hb-ACNTs电极的重现性和稳定性1074结论107-108参考文献108-111第六章血红蛋白在金胶纳米粒子和SiO_2溶胶凝胶修饰直立碳纳米管阵列电极上的直接电化学及电催化性质研究111-1221引言111-1122实验部分112-1142.1仪器1122.2试剂112-1132.3金胶纳米粒子的合成1132.4SiO_2溶胶-凝胶的合成1132.5直立碳纳米管阵列的制备1132.6SiO_2/Hb-AuNPs/ACNTs电极的制备113-1143结果与讨论114-1193.1直立碳纳米管阵列电极的形貌114-1153.2SiO_2/Hb-AuNPs/ACNTs薄膜的红外光谱表征1153.3SiO_2/Hb-AuNPs/ACNTs电极上血红蛋白的直接电化学115-1173.4pH的影响117-1183.5SiO_2/Hb-AuNPs/ACNTs电极对H_2O_2的电催化还原118-1193.6SiO_2/Hb-AuNPs/ACNTs电极的重现性和稳定性1194结论119-120参考文献120-122附录:博士在读期间发表及待发表的论文122-124致谢124 本论文购买请联系页眉网站。