CN104477873A - 半金属特性碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,将单壁碳纳米管加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声2-4h制成混悬液,然后离心2-6h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过10~15次超声-离心过程,即得到半金属特性的碳纳米管(12,6)。本发明半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,通过采用超声分散、超速离心,将快速、高效地将半金属特征的碳纳米管(12,6)从单壁碳纳米管中分离出里,分离得到的碳纳米管(12,6)含量达80%以上。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,具体涉及一种半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法。
背景技术
碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多特殊的力学、电学、化学和生物学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景不断地展现出来。
CNTs分为两种:由单层石墨片卷绕而成的称为单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes SWNTs),直径介于0.4-2.0nm之间,由多层(数层到数十层)石墨片同轴卷绕而成的称为多壁碳纳米管(multi-walledcarbon nanotubes,MWNTs)直径介于几个纳米到上百纳米之间。SWNTs的能带结构和电学、光学特性由石墨点阵与纳米管轴之间的夹角决定,可以用手性参数(n,m)来表征。当两个手性参数之差不是3的整数倍时(n-m=3p±1,p为整数),为半导体特性碳纳米管(semi-conductor SWNTs,s-SWNTs);当两个手性参数之差为3的整数倍时(n-m=3p,p为整数),为金属特性碳纳米管(metallic SWNTs,m-SWNTs)。m-SWNTs当中又包含严格意义上的金属特性碳管(pure metallic SWNTs)和半金属特性碳管(semi-metallic SWNTs)两种。
目前,通过现有的方法制备的SWNTs大多是成分复杂的混合体,包含数十不同手性的碳管,中1/3为金属特性,2/3为半导体特性。因此,对SWNTs进行高效分离,获得单一手性的SWNTs将会为碳纳米管在电学、化学和生物学的深入研究和应用奠定基础。
密度梯度超速离心工艺(density gradient ultracentrifugation,DGU)能够使胶体状悬浮液中富含某个密度SWNTs/表面活性剂胶束。通过密度梯度超速离心工艺可以实现对不同直径和不同电子特性SWNTs(m-SWNTs ands-SWNTs)的分离。DGU方法存在的局限性是分离效率不高,往往需要多次重复分离过程,才能得到较高的纯度。
最近,有报道利用前驱体分子实现碳管帽的控制,在此基础上生长特定的碳纳米管(12,6),但效率低,条件要求高,难以大量生产。
到目前为止,还没有见到对(12,6)型SWNTs进行高效分离纯化的方法。因此,如何高效、大量分离得到高纯度的(12,6)型SWNTs,成为碳纳米管领域的关键课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,解决了碳纳米管(12,6)分离困难及现有制备方法效率低、产品纯度低、实验条件要求高的问题。
本发明所采用的技术方案是,半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,将单壁碳纳米管超声分散2~4h,加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声2-4h制成混悬液,然后离心2~6h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过10~15次超声-离心过程,即得到高纯度半金属特性的碳纳米管(12,6)。
本发明的特点还在于,
超声在超声波细胞破碎机中进行,功率为100~600W,超声分散时间2~4h。
离心在超速离心机中进行,转速为30krpm,超速离心时间2~6h。
四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中四氢呋喃的浓度为0.2~1.0mg/ml。
本发明的有益效果是,本发明半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,通过采用超声分散、超速离心,将快速、高效地将半金属特征的碳纳米管(12,6)从单壁碳纳米管中分离出里,分离得到的碳纳米管(12,6)含量达80%以上,为碳纳米管在电子和生物领域内的应用研究奠定坚实的基础。
附图说明
图1是未分离的单壁碳纳米管和(12,6)半金属碳纳米管的聚焦拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,具体步骤为:
将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机(功率为100~600W)进行超声分散2~4h,然后在超速离心机上进行超速离心,转速为30krpm,时间2~6h,将沉淀加入到浓度为0.2~1.0mg/ml的四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声3~6h制成混悬液,然后离心6~12h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过10~15次超声-离心过程,即得到半金属特征的碳纳米管(12,6)。
本发明半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,通过采用超声分散、超速离心,将快速、高效地将半金属特征的碳纳米管(12,6)从单壁碳纳米管中分离出里,分离得到的半金属碳纳米管(12,6)含量达80%以上,为碳纳米管在电子和生物领域内的应用研究奠定坚实的基础。
顺式聚间苯撑乙炔的分子结构为:
顺式聚间苯撑乙炔是具有交替共轭结构的共聚物,具有螺旋形构象。研究表明,顺式聚间苯撑乙炔对碳纳米管(12,6)具有显著的量子增强π-π电子相互作用,可包绕碳纳米管(12,6)表面,从而实现对碳纳米管(12,6)的筛选分离。
如图1所示,显微镜(×80)聚焦的拉曼光谱表明(聚焦光斑直径约为3μm),将SWNTs加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中进行多次超声-离心处理,在光斑聚焦区域碳纳米管(12,6)含量可达80%以上。
实施例1
将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机(功率为400W)进行超声分散3h,然后在超速离心机上进行超速离心,转速为30krpm,时间4h,将沉淀加入到浓度为1.0mg/ml的四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声5h制成混悬液,然后离心9h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过10次超声-离心过程,即得到半金属特征的碳纳米管(12,6)。
实施例2
将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机(功率为600W)进行超声分散2h,然后在超速离心机上进行超速离心,转速为30krpm,时间6h,将沉淀加入到浓度为0.2mg/ml的四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声3h制成混悬液,然后离心6h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过12次超声-离心过程,即得到半金属特征的碳纳米管(12,6)。
实施例3
将单壁碳纳米管采用超声波细胞破碎机(功率为100W)进行超声分散4h,然后在超速离心机上进行超速离心,转速为30krpm,时间2h,将沉淀加入到浓度为0.6mg/ml的四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声6h制成混悬液,然后离心12h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过15次超声-离心过程,即得到半金属特征的碳纳米管(12,6)。
Claims (4)
1.半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,其特征在于,将单壁碳纳米管加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,超声2~4h制成混悬液,然后离心2~6h,弃去上清液,将沉淀再次加入到四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中,重复上述步骤,经过10~15次超声-离心过程,即得到半金属特性的碳纳米管(12,6)。
2.根据权利要求1所述的半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,其特征在于,超声在超声波细胞破碎机中进行,功率为100~600W,超声分散时间2~4h。
3.根据权利要求1所述的半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,其特征在于,离心在超速离心机中进行,转速为30krpm,超速离心时间2~6h。
4.根据权利要求1所述的半金属特性的碳纳米管(12,6)的简单高效分离方法,其特征在于,四氢呋喃的顺式聚间苯撑乙炔溶液中四氢呋喃的浓度为0.2~1.0mg/ml。
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CN109608623A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-12 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种用于碳纳米管分散的间苯乙炔基高分子聚合物及其制备方法 |
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