碳納米管表面修飾基團(tuán)的定量方法研究.pdf

1、碳納米管(Carbon Nanotubes，CNTs)自1991年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，迅速成為化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 目前人們?cè)谔技{米管的制備技術(shù)、化學(xué)物理修飾、形態(tài)表征及應(yīng)用等方面取得了巨大進(jìn)展。盡管在碳納米管的定性表征方面發(fā)展了許多成熟的技術(shù)，如TEM、SEM、AFM、Raman等，然而對(duì)其表面修飾集團(tuán)的定量分析卻大大滯后，目前已公開(kāi)報(bào)道的文獻(xiàn)較少且大多局限于結(jié)構(gòu)單一的單壁碳

2、納米管(SWNTs)，對(duì)多壁碳納米管(MWNTs)相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)研究還未見(jiàn)有報(bào)道。 本論文首先合成了三取代的羧基化C60及羧基化、氨基化兩種多壁碳納米管，然后用三種方法(酸堿滴定、重量法和脫Fmoc方法)系統(tǒng)地對(duì)碳納米管表面修飾集團(tuán)進(jìn)行了定量分析的研究，比較了各種方法的準(zhǔn)確性、精密度和誤差因素。 酸堿滴定的方法從19世紀(jì)60年代以來(lái)被多次應(yīng)用到各種碳材料表面羧基含量的測(cè)定，這些碳材料表面羧基含量不定，無(wú)法用它們驗(yàn)證該方法

3、的準(zhǔn)確性和可行性。本論文改進(jìn)了Hu等人(見(jiàn)參考文獻(xiàn)82)用于測(cè)定單壁碳納米管表面羧基含量的酸堿滴定方法，不僅將其應(yīng)用于多壁碳納米管的羧基定量分析，還將這種改進(jìn)的方法首次應(yīng)用于三取代的羧基化C60(表面羧基含量確定，理論上每個(gè)球體含有六個(gè)羧基基團(tuán))表面羧基的定量分析，在誤差允許范圍內(nèi)分析結(jié)果與理論值一致，從而驗(yàn)證了改進(jìn)方法的可行性和準(zhǔn)確性。本論文還進(jìn)一步建立了測(cè)定碳納米管表面總酸含量的方法，將羧基含量的測(cè)定擴(kuò)展到由羧基、內(nèi)酯和羥基等組成的

4、總酸含量的測(cè)定。 本論文通過(guò)將酸堿滴定方法應(yīng)用于測(cè)定多種不同酸化方法得到的羧基化碳納米管表面羧基的含量，從而比較了不同方法對(duì)碳納米管的酸化效果。此外還進(jìn)行了短時(shí)間堿處理的試驗(yàn)，由試驗(yàn)結(jié)果初步判定酸化多壁碳納米管上的羧基幾乎全部分布在表面及兩端，能迅速與堿溶液反應(yīng)。 2005年Marshall等(見(jiàn)參考文獻(xiàn)80)將羧基化單壁碳納米管與十八胺反應(yīng)，由反應(yīng)前后碳管的重量差值計(jì)算反應(yīng)上去的十二胺含量，進(jìn)而推算羧基化碳管表面的羧基

5、含量。本論文將該重量法應(yīng)用于多壁碳納米管表面羧基含量的測(cè)定，得到的分析結(jié)果偏小，推測(cè)是由于多壁碳管表面環(huán)境的復(fù)雜性及固液反應(yīng)的不完全性所致。 脫Fmoe方法是固相有機(jī)合成中一種成熟的定量方法，因其反應(yīng)易行，操作簡(jiǎn)便，易檢測(cè)，結(jié)果精確被廣泛采用。2005年Li Jiang等人在對(duì)一種碳納米纖維(GCNFs)的研究中應(yīng)用了該法測(cè)定功能化GCNFs上氨基的含量，本論文首次將這種方法應(yīng)用于定量分析酪氨酸修飾后的多壁碳納米管表面氨基的含量