碳納米管的功能化及其性能研究.pdf

1、碳納米管在生物、醫(yī)藥、電子、能源、國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，碳納米管的功能化，尤其是在水中的溶解性是其邁向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵所在。因此，碳納米管的功能化是繼碳納米管制備與純化之后的一大研究課題。本文著重綜述了碳納米管的水溶性改性研究進(jìn)展以及水溶性碳納米管在生物傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，并進(jìn)行了以下四個方面的研究工作： (1)利用K2S2O8對碳納米管中的石墨碎片的優(yōu)先氧化特性，在稀酸溶液條件下對碳納米管進(jìn)行處理以除去碳納米管中

2、的無定形碳雜質(zhì)，設(shè)計合成了兩親性高分子水解苯乙烯-馬來酸酐共聚物，采用水解苯乙烯-馬來酸酐共聚物輔助剝離-離心的方法制備了聚合物包覆改性的碳納米管，以提高碳納米管的親水性。并用紫外光譜、紅外光譜、透射電鏡、掃描電鏡、熱重分析、熒光光譜等手段對改性前后的碳納米管進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，聚合物成功地包覆到碳納米管上，所得聚合物-碳納米管復(fù)合物具有很高的水溶性，溶解度為29.2mg/mL，碳納米管的凈濃度高達(dá)8.7mg/mL。 (2)為

3、了進(jìn)一步提高碳納米管的水溶性，在工作(1)的基礎(chǔ)上，在兩親性高分子水解苯乙烯.馬來酸酐共聚物中引入芘基團(tuán)，以強(qiáng)化與碳納米管的作用，采用含芘基水解苯乙烯-馬來酸酐共聚物輔助剝離-離心的方法制備了聚合物改性的碳納米管，提高碳納米管的親水性，并實現(xiàn)聚合物對碳納米管的不可逆包覆。用紫外光譜、紅外光譜、透射電鏡、掃描電鏡、熱重分析、熒光光譜、時間分辨熒光光譜等手段對改性前后的碳納米管進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，聚合物成功地包覆到碳納米管上，并且聚合物與

4、碳納米管之間有很強(qiáng)的相互作用。所得聚合物一碳納米管復(fù)合物具有很高的水溶性，溶解度為46.2mg/mL，MWNTs的凈濃度為7.4mg/mL。 (3)對碳納米管進(jìn)行溫和氧化產(chǎn)生表面羥基，通過生成的羥基將檸檬酸接枝到碳納米管表面，并將其作為接枝點使山梨醇與檸檬酸縮合聚合以實現(xiàn)生物相容性聚合物改性的碳納米管。利用縮合接枝上的聚合物上羥基的弱還原性，實現(xiàn)金屬納米顆粒在碳納米管表面的原位負(fù)載。并用紅外光譜、透射電鏡、掃描電鏡、熱重分析等手

5、段對改性前后的碳納米管進(jìn)行了表征。該方法有下列優(yōu)點：a.碳納米管水溶性改性時不使用溶劑，是一種綠色環(huán)保的碳納米管化學(xué)功能化；b.改性的碳納米管在水中的分散性可通過加入的反應(yīng)物的摩爾比進(jìn)行調(diào)節(jié)；c.利用改性碳納米管上的功能基團(tuán)，如羧基和羥基可實現(xiàn)對碳納米管的進(jìn)一步功能化改性以制備碳納米管基功能復(fù)合材料，如生物傳感器、金屬納米催化劑。 (4)將前述工作(3)中制備的改性碳納米管應(yīng)用于生物傳感器技術(shù)。采用電化學(xué)循環(huán)伏安法以及電流時間法