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、國防等領域具有廣泛的應用前景。然而，碳納米管的功能化，尤其是在水中的溶解性是其邁向實際應用的關鍵所在。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展以及水溶性碳納米管在生物傳感器領域的應用狀況，并進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行處理以除去碳納米管中

2、的無定形碳雜質，設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行了表征。結果表明，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8.7mg/mL。 (2)為

3、了進一步提高碳納米管的水溶性，在工作(1)的基礎上，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，以強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行了表征。結果表明，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的相互作用。所得聚合物一碳納米管復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物的摩爾比進行調節(jié)；c.利用改性碳納米管上的功能基團，如羧基和羥基可實現(xiàn)對碳納米管的進一步功能化改性以制備碳納米管基功能復合材料，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用于生物傳感器技術。采用電化學循環(huán)伏安法以及電流時間法