碳纳米管的功能化研究.ppt

碳纳米管的功能化研究
报告人:范中丽
导师: 包信和
Seminar I
2005-11-7
报告内容
前言
碳纳米管的修饰
碳纳米管的填充
展望
前言
碳纳米管不溶于水和有机溶剂
“Z”字碳纳米管轮胎圈状碳纳米管
直管状碳纳米管
超强的力学性能,巨大的长径比
高的热稳定性,良好的导电性能
功能化处理
碳纳米管制备
Ts两端的富勒烯半球除去,
Ts进行化学修饰或填充
碳纳米管的修饰
碳纳米管的化学切割
碳纳米管的可溶解性
全长纳米碳管的修饰
——管外改性,目的是为了使之在某些溶液环境或者纳米复合材料中能均匀分散。通过溴水、重铬酸钾、高锰酸钾、硝酸等氧化剂氧化碳纳米管的端口和侧壁,在上面形成官能团
碳纳米管的化学切割

将碳管置于浓硝酸中,回流加热,蒸馏水洗涤干燥。氯仿中超声处理,真空干燥,得到开口的碳管。
开口的纳米碳管高分辨透射电镜
Typical C1s XPS spectrum of oxidized carbon fibers: (I) phenols,
(II) carbonyl groups, (III) carboxyl groups, (IV) plasmon peak
C=O
OH
Infrared spectrum
Tapping mode AFM images of cut fullerene nanotubes
Size distribution plots of cut nanotubes :
the average length was 150 nm
raw carbon nanotube after purification

Smalley 研究了单壁碳管的切割方法:在3:1的浓硫酸与浓硝酸中超声可将单壁碳管切割成富勒烯管
raw single-walled fullerene nanotube
酰氯化反应
酯化反应
酰胺化反应
碳纳米管化学修饰反应的部分路线图
可以在碳管顶端连接长的烷基链、有机胺、聚合物等功能性基团。这些基团有助于增加碳管在有机溶剂和水相中的溶解度
碳纳米管端口打开连上羧基成为化学修饰的基础。
碳纳米管的可溶解性
产物可溶于 CS2、CHCl3、CH2Cl2

单壁纳米碳管与4 —十四烷基苯胺进行的胺基化反应示意图
碳纳米管进行了碘和溴掺杂,并利用这种可溶性的SWNTs与二氯卡宾在其侧壁进行反应,得到了可溶性的SWNTs的二次衍生化合物
——世界首次得到可溶性碳纳米管
A cartoon illustration of the PPEI-EI polymer-bound carbon nanotubes
Idealized cartoon of the PPEI-EI
attachment
STM imaging of the polymer-nanotube system
聚合物共价修饰
管壁保持良好的六边形重复单元,并观察到聚合物黏附在碳纳米管的顶端

使胺基与羧基发生缩合,反应比较简单,经过一步即可得到单壁碳管的十六胺衍生物
北京大学顾镇南研究小组将纯化后的单壁碳管加入缩合剂二环己基碳二亚胺(DCC)后,再与十六胺反应,可得到十六胺改性的黑色单壁碳管,能够溶于CH2Cl2等有机溶剂
Micro IR spectra of SWNT after chemical
modification ( a ) , CH3 (CH2 ) 15 NH2 ( b ) and
purified SWNT(c)
1 738 cm - 1的峰为羧基COOH 的吸收,
发生反应后, 羧基的吸收峰消失,
在1 647 cm - 1出现了酰胺的特征吸收带