碳纳米管与石墨烯的化学修饰
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超支化聚合物修饰的 CNTs 具有核壳结构 , 分子的壳 层高度支化,末端聚集大量的活性官能团，粘度低、溶解 性能好，分子之间无缠结，因此表现出许多线形聚合物 修饰的所不具有的特殊性能，如良好的溶解性，低溶液 粘度，高反应活性，并且可以通过封端反应加以改性。
张梓军等.超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展[J].材料导报.2012，26：144-148
• • • • •
A：氧化开管后修饰 B：侧壁共价修饰 C：侧壁非共价修饰 D：包埋功能化 E：内腔功能化
2018/11/26
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853.
11
化学修饰
共价键修饰是在碳 米管表面上共价地连 接一些适宜的基团， 使CNTs表面和聚合物 之间产生化学键连接, 以改善其溶解度。
2018/11/26
24
• 20世纪70年代,Clar等利用化学方法合成一系列具 有大共轭体系的化合物,即石墨烯片。 • Schmidt 等科学家对其方法进行改进 , 合成了许多 含不同边缘修饰基团的石墨烯衍生物,但这种方法 不能得到较大平面结构的石墨烯。
• 2004 年 ,Geim 等以石墨为原料 , 通过微机械力剥离 法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料—“石墨 烯(graphene ) ”。
沈健,黄杉生.空壳纳米钯-碳纳米管修饰的无酶葡萄糖传感器的研究[J].2012，32: 21-25
2018/11/26 19
石 墨 烯
？
2018/11/26
20
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯 总结
21
2
3
4
2018/11/26
石墨烯
• 1. 结构性质
• 2. 制备方法 • 3.修饰改性 • 4.应用举例
非共价键修饰利用 有效的溶剂化作用和 表面活性剂或天然生 物大分子化合物包裹 在碳纳米管外壁以增 加其溶解性。
2018/11/26
12
化学修饰
＊非共价修饰
表面活性剂 GA 由亲水性的极性基团和憎 水性的非极性基团所构成。是一种高分子长链， 混合物在两相界面间具有良好的吸附能力，且 黏度较低，分子能定向地排列于任意两相之间 的界面层中，使界面的不饱和力场得到某种程 度的补偿，从而使界面张力降低。
2018/11/26 17
化学修饰
共价键修饰改性碳纳米管 利用氧化剂（强酸）等对碳纳米管进行化学 切割，可使CNTs开口并在其表面接枝上一定数 量的活性基团（羧基、羟基）等，再通过活性基 团与超支化大分子反应，从而实现的超支化共价 修饰。
2018/11/26
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进展
检测血糖浓度的生物传感器，在玻碳电极表 面形成碳纳米管 / 壳聚糖膜 / 空壳纳米钯均匀致密 稳定的修饰层,制备了用于测定葡萄糖的新型无酶 传感器。该传感器可以快速地实现电极与葡萄糖 之间的直接电子转移，有良好的稳定性。
形成胶束，亲水性最佳。
⒊ 浓度继续增加，胶束之间的 渗透压导致WMCNTs重新团聚。
2018/11/26
15
化学修饰
＊共价修饰
超支化聚合物具有三维球形的高度支化的分子结构，分 子间不会发生交联。具有低粘度、高流变性、良好的溶解性， 为提高CNTs的分散性提供了有利条件。
2018/11/26
16
化学修饰
2018/11/26
13
化学修饰
改善多壁碳纳米管（WMCNTs）在水体系中的分散性， 以阿拉伯 胶 （ GA ） 为分散剂 （ SAA ） ，采用 SAA 超 声处理法对WMCNTs进行修饰。 通过GA分子长链的包覆改善WMCNTs的亲水性和 分散性，进而表现出对 WMCNTs 具有较好的分散稳 定性。
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯
2
3
4
2018/11/26
总结
1
1.简介
化学修饰
用吸附、涂敷、聚合、化 学反应等方法把活性基团 或催化物质等附着在电极 表面，保护电极或改进电 极特征功能的工艺过程。
2018/11/26
2
1.简介
碳纳米管（Carbon Nanotube）： 又称巴基管与石墨、金刚石一 样,也是碳的同素异构体。 无缝中空管状的碳分子，管上 每个碳原子采取sp2杂化，相互之间 碳-碳σ 键结合起来，形成由六边形 组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的 骨架。径向为纳米级，轴向为微米 级。
优点：性能及应用 碳纳米管制备 缺点：化学修饰 碳纳米管的进展
6
性能
2018/11/26
7
应用
2018/11/26
8
制备方法
多壁CNTs
电弧法
单壁CNTs
2018/11/26
聂海瑜。碳纳米管的制备[J]，塑料工业。2004，32（10）：11。
9
化学修饰
化学修饰
2018/11/26
10
化学修饰
无论多壁管还是单壁管都具有很高的长径比， 一般为100～1000，最高可达1000～10000， 完全可以认为是一维分子。
长度： 1～50μm 直径： 0.75～ 3nm
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主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯 总结
5
2
3
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碳纳米管
2018/11/26
2018/11/26 22
• Carbon Nanotube是具有石墨结构并且按一 定规则卷曲形成的纳米级管状结构的孔状 材料。 • 石墨烯可以包裹形成零维富勒烯；它也可 以卷起来形成一维的碳纳米管；同样，它 也可以层层堆叠构成三维的石墨。
2018/11/26
23
• 石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成 的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六 元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的 最薄的二维材料。
旋转的碳纳米管分子示意图： 小圆球代表碳原子，它们之间 的长条形连接物代表化学键。
3
2018/11/26
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A2%B3%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%AE%A1
Baidu Nhomakorabea
1.简介
长度： 0.1～50μm 直径： 2～30nm 层数： 2～50 层间距： 0.34±0.01nm
2018/11/26
王保民等。碳纳米管的表面修饰及分散机理研究[J]. 中国矿业大学学报.2012，41：758-763
14
化学修饰
⒈ WMCNTs的表面与GA长链的吸附作用， GA长链平 躺在WMCNTs表面，形成空间位阻层，分散性不好。 ⒉ 随着GA质量浓度的逐渐增加，其大量 分子自动聚集于WMCNTs表面，
张梓军等.超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展[J].材料导报.2012，26：144-148
• • • • •
A：氧化开管后修饰 B：侧壁共价修饰 C：侧壁非共价修饰 D：包埋功能化 E：内腔功能化
2018/11/26
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853.
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化学修饰
共价键修饰是在碳 米管表面上共价地连 接一些适宜的基团， 使CNTs表面和聚合物 之间产生化学键连接, 以改善其溶解度。
2018/11/26
24
• 20世纪70年代,Clar等利用化学方法合成一系列具 有大共轭体系的化合物,即石墨烯片。 • Schmidt 等科学家对其方法进行改进 , 合成了许多 含不同边缘修饰基团的石墨烯衍生物,但这种方法 不能得到较大平面结构的石墨烯。
• 2004 年 ,Geim 等以石墨为原料 , 通过微机械力剥离 法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料—“石墨 烯(graphene ) ”。
沈健,黄杉生.空壳纳米钯-碳纳米管修饰的无酶葡萄糖传感器的研究[J].2012，32: 21-25
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石 墨 烯
？
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主要内容
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简介 碳纳米管 石墨烯 总结
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石墨烯
• 1. 结构性质
• 2. 制备方法 • 3.修饰改性 • 4.应用举例
非共价键修饰利用 有效的溶剂化作用和 表面活性剂或天然生 物大分子化合物包裹 在碳纳米管外壁以增 加其溶解性。
2018/11/26
12
化学修饰
＊非共价修饰
表面活性剂 GA 由亲水性的极性基团和憎 水性的非极性基团所构成。是一种高分子长链， 混合物在两相界面间具有良好的吸附能力，且 黏度较低，分子能定向地排列于任意两相之间 的界面层中，使界面的不饱和力场得到某种程 度的补偿，从而使界面张力降低。
2018/11/26 17
化学修饰
共价键修饰改性碳纳米管 利用氧化剂（强酸）等对碳纳米管进行化学 切割，可使CNTs开口并在其表面接枝上一定数 量的活性基团（羧基、羟基）等，再通过活性基 团与超支化大分子反应，从而实现的超支化共价 修饰。
2018/11/26
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进展
检测血糖浓度的生物传感器，在玻碳电极表 面形成碳纳米管 / 壳聚糖膜 / 空壳纳米钯均匀致密 稳定的修饰层,制备了用于测定葡萄糖的新型无酶 传感器。该传感器可以快速地实现电极与葡萄糖 之间的直接电子转移，有良好的稳定性。
形成胶束，亲水性最佳。
⒊ 浓度继续增加，胶束之间的 渗透压导致WMCNTs重新团聚。
2018/11/26
15
化学修饰
＊共价修饰
超支化聚合物具有三维球形的高度支化的分子结构，分 子间不会发生交联。具有低粘度、高流变性、良好的溶解性， 为提高CNTs的分散性提供了有利条件。
2018/11/26
16
化学修饰
2018/11/26
13
化学修饰
改善多壁碳纳米管（WMCNTs）在水体系中的分散性， 以阿拉伯 胶 （ GA ） 为分散剂 （ SAA ） ，采用 SAA 超 声处理法对WMCNTs进行修饰。 通过GA分子长链的包覆改善WMCNTs的亲水性和 分散性，进而表现出对 WMCNTs 具有较好的分散稳 定性。
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯
2
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4
2018/11/26
总结
1
1.简介
化学修饰
用吸附、涂敷、聚合、化 学反应等方法把活性基团 或催化物质等附着在电极 表面，保护电极或改进电 极特征功能的工艺过程。
2018/11/26
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1.简介
碳纳米管（Carbon Nanotube）： 又称巴基管与石墨、金刚石一 样,也是碳的同素异构体。 无缝中空管状的碳分子，管上 每个碳原子采取sp2杂化，相互之间 碳-碳σ 键结合起来，形成由六边形 组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的 骨架。径向为纳米级，轴向为微米 级。
优点：性能及应用 碳纳米管制备 缺点：化学修饰 碳纳米管的进展
6
性能
2018/11/26
7
应用
2018/11/26
8
制备方法
多壁CNTs
电弧法
单壁CNTs
2018/11/26
聂海瑜。碳纳米管的制备[J]，塑料工业。2004，32（10）：11。
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化学修饰
化学修饰
2018/11/26
10
化学修饰
无论多壁管还是单壁管都具有很高的长径比， 一般为100～1000，最高可达1000～10000， 完全可以认为是一维分子。
长度： 1～50μm 直径： 0.75～ 3nm
2018/11/26 4
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯 总结
5
2
3
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碳纳米管
2018/11/26
2018/11/26 22
• Carbon Nanotube是具有石墨结构并且按一 定规则卷曲形成的纳米级管状结构的孔状 材料。 • 石墨烯可以包裹形成零维富勒烯；它也可 以卷起来形成一维的碳纳米管；同样，它 也可以层层堆叠构成三维的石墨。
2018/11/26
23
• 石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成 的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六 元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的 最薄的二维材料。
旋转的碳纳米管分子示意图： 小圆球代表碳原子，它们之间 的长条形连接物代表化学键。
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2018/11/26
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A2%B3%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%AE%A1
Baidu Nhomakorabea
1.简介
长度： 0.1～50μm 直径： 2～30nm 层数： 2～50 层间距： 0.34±0.01nm
2018/11/26
王保民等。碳纳米管的表面修饰及分散机理研究[J]. 中国矿业大学学报.2012，41：758-763
14
化学修饰
⒈ WMCNTs的表面与GA长链的吸附作用， GA长链平 躺在WMCNTs表面，形成空间位阻层，分散性不好。 ⒉ 随着GA质量浓度的逐渐增加，其大量 分子自动聚集于WMCNTs表面，