CN1902128A - 碳纳米管和碳纳米管的提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提纯单层碳纳米管(SWCNT)，并使得可以分选经提纯的单层碳纳米管的直径和长度。碳纳米管通过以下步骤进行提纯：碳纳米管浸入溶有模板化合物的溶液之中，并将特定的碳纳米管提取到该溶液中，所述模板化合物由具有共轭环状结构的受体部位和固定多个所述受体部位的间隔体部位组成；以及回收所提取的碳纳米管。

Description

碳纳米管和碳纳米管的提纯方法

技术领域

本发明涉及一种可以分选直径的碳纳米管的提纯方法和经提纯的碳纳米管。

背景技术

近年来，直径为几纳米到几十纳米的圆筒形碳材料即碳纳米管受到了人们的注意，它们可以用作功能性材料，例如能够以很高密度集成的分子元件、吸藏诸如氢气等各种气体的吸藏材料、场致发射显示器(FED)构件、电极材料或树脂成型产品用添加材料。

生产碳纳米管的方法包括电弧放电法、CVD(化学气相沉积)法和激光蒸发法。但是，使用这些方法中的任何一种生产的粗品中都包含大量诸如碳纳米颗粒的杂质。此外，在使用催化剂的方法中，粗品中还残留有许多金属纳米颗粒。因此，必须将这些颗粒杂质从碳纳米管中分离出来并提纯碳纳米管。将富勒烯(例如C60)溶解在诸如甲苯的特定有机溶剂中，并使用该溶液，通过色谱法等，可以将富勒烯提纯到大于或等于99％的纯度。但是，因为碳纳米管不溶于该溶剂，所以无法对碳纳米管使用诸如色谱法等提纯技术，因此难以分离和提纯碳纳米管。

以下为已知的分离和提纯碳纳米管的方法：

1)使用超声波清洗器等分散碳纳米管，并利用色谱法分离(下述专利文献1)。

2)根据在溶液中沉降速度的不同，利用离心法分离碳纳米管(下述非专利文献1)。

3)利用石墨片或碳纳米颗粒与碳纳米管之间抗氧化能力(燃烧温度)的差异，将碳纳米管在气相中加热，从而分离碳纳米管(下述非专利文献2)。

4)将碳纳米材料分散在诸如硝酸、盐酸或双氧水等酸中加热并搅拌，从而氧化并分离碳纳米管(下述非专利文献3)。

5)使碳纳米管带电，从而将金属碳纳米管与绝缘碳纳米管分离(下述专利文献2)。

6)通过电泳分离并回收碳纳米管(下述专利文献3)。

7)将碳纳米管分散在溶剂中，通过膜过滤器过滤。

但是，目前尚无有关明确的提纯方法的报道。

此外，为了使碳纳米管在分离和提纯期间或在液相中能够反应，许多研究者都在试图使碳纳米管能够溶解。以下方法1)和方法2)是已知的使碳纳米管能够溶解的方法。在方法1)中，用强酸等处理碳纳米管，从而使碳纳米管的末端或缺陷区域官能化。通过共价键由官能化的末端或缺陷部位引入高脂溶性部位，从而使碳纳米管成为可溶性的碳纳米管。在方法2)中，通过共价键向碳纳米管中引入高脂溶性部位，从而使碳纳米管能够溶解。方法2)使得能够以与提纯前相同的形态回收碳纳米管，而不会破坏各碳纳米管的结构，并且比方法1)更简单。因此，方法2)优于方法1)。最近有使用原卟啉作为可溶化试剂的报道(下述非专利文献4)。然而，目前尚无在可溶化的同时分选碳纳米管直径的尝试。

除了分离、提纯碳纳米管并使其具有可溶性以外，目前已研究开发了直接合成具有均一的直径、长度或手性的碳纳米管的方法。

通常，碳纳米管分为多层纳米管和单层纳米管。特别是单层碳纳米管有望用在下一代的电子器件中。但是，实际上还没有发现能够以低成本大量、高效、容易地生产这些单层碳纳米管的技术。作为生产单层碳纳米管的方法，已经披露了诸如电弧放电法、激光蒸发法等。使用这些方法，生产成本很高，并且难于批量生产碳纳米管。此外，据说各碳纳米管的直径取决于反应温度和催化剂金属的粒径。使用电弧放电法或激光蒸发法，难以严格控制反应体系中的温度和催化剂金属的粒径。结果，难以获得具有理想直径的均质碳纳米管。此外，通过利用催化剂的普通气相合成法，可以使用高反应性的乙炔和一氧化碳作为碳纳米管的原料。使用这种利用催化剂的普通的气相合成法，碳纳米管在催化剂载体的孔外生长。因此无法控制碳纳米管的直径，并且易于发生多层化。

专利文献1：日本特开平06-228824号公报

专利文献2：日本特开平08-231210号公报

专利文献3：日本特开2000-72422号公报

非专利文献1：Bando等：Appl.Phys.A67，第23页(1998)

非专利文献2：Ebbesen等：Nature.367，第519页(1994)

非专利文献3：Advancec Materials.10，第611页(1998)

非专利文献4：Murakami等：Chem.Phys.Lett.378，第481页(2003)

非专利文献5：Kukovecz等：Phys.Chem.Chem.Phys.5，第582页(2003)

发明内容

本发明所解决的问题

已经知道，取决于碳纳米管为多层或单层、碳纳米管的直径或手性，其物理性能具有很大的差异。为了实现在将来将碳纳米管如所期望地应用于电子材料，控制碳纳米管的结构是必不可少的。如前所述，迄今为止已经对合成在生产阶段具有均一组成的碳纳米管进行了广泛的尝试。现已可以控制碳纳米管的生产，从而通过精心选择催化剂的类型、形状等将多层碳纳米管与单层碳纳米管分离开来。但是，目前尚未尝试过对每个碳纳米管的直径、长度和手性进行控制。

可以看出，使用生产碳纳米管的传统方法难以选择性地生产具有特定结构的碳纳米管。

在这些情况下，本发明的目的是提供一种可以分选特定直径或长度的碳纳米管的提纯方法，以及利用该提纯方法提纯的碳纳米管。

解决问题的方法

为了解决所述问题并实现所述目的，根据本发明，使特定模板化合物介入不溶于普通溶剂的碳纳米管中，从而将碳纳米管提取到溶剂中，然后再从该溶剂中提纯、回收碳纳米管。

换言之，根据本发明的一个方面，提纯碳纳米管的方法包括以下步骤：将碳纳米管浸入溶有模板化合物的溶液之中，并将特定的碳纳米管提取到该溶液中，所述模板化合物由具有共轭环状结构的受体部位和固定多个所述受体部位的间隔体部位组成；以及回收所提取的碳纳米管。

此外，所述提取包括进行超声波辐射。

此外，所述回收包括离心分离。

此外，所述提取包括使用四氢呋喃作为溶剂。

THF(四氢呋喃)的实例包括2-甲基四氢呋喃、2，5-二甲基四氢呋喃等THF衍生物。但是，从通用性、操作性和成本方面考虑，优选使用THF。在本发明中，提取是指将纳米管溶解或分散在溶液中的状态。

根据本发明的另一方面，在碳纳米管中，通过拉曼散射测定获得的出现在200cm^-1光谱附近的峰的半峰宽小于或等于20cm^-1。

此外，在根据本发明的碳纳米管的表面上，碳纳米管承载有配位在模板化合物的卟啉骨架上的金属元素。

发明效果

根据本发明，可以很容易地获得除掉了杂质并分选了特定的直径和长度的碳纳米管。

附图说明

图1是模板化合物的示意图；

图2是SWCNT与模板化合物的配位状态的示意图；

图3是在提纯前后拉曼散射谱的曲线图；

图4是通过放大图3所示测量结果的100cm^-1～250cm^-1波数所获得的谱图；

图5是在分选处理前后SWCNT的扫描电子显微镜(SEM)照片；

图6是在提纯前后拉曼散射谱的曲线图；

图7是通过放大实施例2的拉曼散射谱的100cm^-1～250cm^-1波数所获得的谱图；

图8是实施例2提纯前后的SEM照片；

图9是实施例2提纯前后的TEM(透视电子显微镜)照片；

图10是通过放大实施例3的拉曼散射谱的100cm^-1～250cm^-1波数所获得的谱图；

图11是实施例3提纯前后的SEM/EDX测量结果；

图12是实施例3提纯前后的TEM照片；和

图13是实施例4提纯前后的SEM照片。

具体实施方式

下面将参照附图介绍根据本发明的碳纳米管及其提纯方法的示例性实施方案和实施例。请注意本发明并不局限于这些实施方案和实施例。

如图1所示，根据本发明的提纯方法中所使用的模板化合物是包含间隔体部位和受体部位的分子。间隔体部位的作用是将多个受体部位的角度和距离固定在一定范围，从而使纳米管可以被包围在该模板化合物中。间隔体部位的典型实例包括卟啉、萘、苯和二苯乙炔。

另一方面，优选受体部位的结构具有高度的平面性，并对与纳米管表面具有相似曲率的π平面具有很高的亲和性。这种结构的实例包括共轭环状结构的卟啉或芘骨架。卟啉结构可以用在间隔体部位或受体部位中。卟啉结构的中心金属可以是选自元素周期表1～15族中的任意一种元素，例如锌、铁或镍，或者可以是不包含任何金属元素的游离基卟啉(free-base porphyrin)。但是，注意到，诸如锌等具有路易斯酸性的金属对于覆盖作为路易斯碱的碳纳米管表面的π平面具有更高的亲和性，因此，这种金属优选用作受体部位。

从原理上讲，模板化合物可以对应于所有直径的碳纳米管。这是因为各个受体之间的距离和角度可以根据所分离的碳纳米管的直径进行自由设计。

各个受体部位在化学结构上可以是相同的，也可以是不同的。

如果将在受体部位和间隔体部位中的至少一个上包含亲油性取代基的模板化合物用作模板化合物，则模板化合物与碳纳米管间的缔合产物在有机溶剂中的溶解性将会提高。因此，具有特定直径的碳纳米管可以有效地溶解在有机溶剂中。

优选亲油性取代基为具有至少3个碳原子的取代基。这种取代基的实例包括具有例如丙基和丁基等脂肪族取代基、例如苄基等芳香族取代基以及例如环己基等脂环族取代基作为其基本骨架的取代基。但是，取代基并不局限于此。可选地，所述取代基可以是其中的一部分包含诸如酯键、氨基和醚键等非碳元素的取代基。

模板化合物的实例是具有以下结构的这些模板化合物。

[化学式1]

[化学式2]

[化学式3]

在化学式1至3中，符号M代表前述金属元素或氢原子。在下文中，有时将化合物(a)、化合物(b)和化合物(c)分别称作“M-1，3-DPB”、“M-2，7-DPN”和“M-Polyco”。

本发明中所使用的碳纳米管可以是单层碳纳米管或多层碳纳米管，其结构例如直径、长度和手性并不限于特定的直径、特定的长度和特定的手性。此外，每个碳纳米管可以具有如下结构：其管状骨架包括取代基或官能基等，并可以将富勒烯或其他有机或无机化合物包围在该管中。构成管的元素中可以不仅包含碳，还包含其他元素。可选地，管可以由仅由除碳以外的元素构成的管状化合物构成。生产上述纳米管的方法并不局限于特定方法。例如，可以使用石墨、烃、醇、一氧化碳等作为其原料，通过电弧放电法、激光蒸发法、CVD法等来合成碳纳米管。可以用酸洗涤这样合成的碳纳米管，或将其在加热炉中焙烧，从而在一定程度上除掉该碳纳米管中的杂质。

本发明中用于将碳纳米管提取到溶液中的溶剂优选为THF。但是，溶剂可以是能够溶解模板化合物的任意溶剂，而不仅限于THF。溶剂的实例包括氯仿、二氯甲烷、甲苯、苯、氯苯、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、己烷、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙腈和二乙醚。

在提取碳纳米管的步骤中，超声波辐射、搅拌、加热等是可以应用的。由于超声波辐射预计会产生解离由纳米管形成的牢固的集束的效果，因此是更优选的。超声波辐射设备的类型包括总线型(bus type)、珩磨型(hone type)等。可以使用任意类型的超声波辐射设备。但是，由于珩磨型超声波辐射设备直接作用于包含碳纳米管的悬浮液，因此该设备预计会更有效地解离所述的集束。

在回收经提取的碳纳米管的步骤中，通过离心分离沉淀出悬浮而非溶解在溶液中的碳纳米管和其他杂质，使用移液管将上清液小心取出以防将固体物质混合到上清液中，或者通过倾析来实现固液分离。也可以通过自然沉降或过滤的方式来进行固液分离，从而取代离心分离。

将碳纳米管和模板化合物从上清液中所包含的碳纳米管和模板化合物间的缔合产物中分离出来，提取纯碳纳米管的步骤如下。通过改变温度(加热或冷却上清液)、向上清液中添加其他溶剂、对其施加物理刺激如光或超声波、或者向其添加抑制受体部位和纳米管的表面间的超分子结合的试剂，使碳纳米管和模板化合物以及两者间的缔合产物之间的平衡向碳纳米管和模板化合物一侧移动。根据本发明，将上清液在室温下静置数小时，从而沉淀碳纳米管。对所获碳纳米管再次进行离心，以便实现固液分离，将溶剂添加到固体物质中，进行超声波辐射以洗涤碳纳米管，从而获得分选了直径的碳纳米管。

实施例

实施例1

在实施例1中，将萘用作间隔体部位，将在其中心包含锌的卟啉用作受体。下文中将实施例1的模板化合物称作“模板化合物A”。将约0.3毫克的模板化合物A加入并溶解到1毫升溶剂中，从而提供均匀的溶液。然后，将约1毫克的单层碳纳米管(下文称作“SWCNT”)加入到该溶液中。此实施例中所使用的溶剂为四氢呋喃(THF)。但是，可以使用任意溶剂，只要该溶剂能够溶解模板化合物即可。溶剂的实例包括氯仿、二氯甲烷、甲苯、苯、氯苯、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、己烷、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙腈和二乙醚。

对所得悬浮液进行约10分钟的超声波辐射，然后进行约15分钟的离心分离。在处于此状态下的悬浮液中，与模板化合物具有高亲和性的SWCNT和模板化合物形成缔合产物，并溶解或高度分散在溶剂中。另一方面，与模板化合物具有低亲和性的SWCNT通过离心分离成为沉淀(B)，而不分散在溶剂中。此时，杂质也同时成为沉淀。上清液则为溶解或分散有与模板化合物高度亲和的SWCNT的黑色液体。

模板化合物和SWCNT之间的亲和性是由模板化合物的间隔体部位的大小以及间隔体分子与受体部位之间所形成的角度决定的。具有被由模板化合物形成的空间所包围的直径的SWCNT与模板化合物形成缔合产物，因此它可以被提取到溶剂中。图2典型地说明了这种状态。

用移液管将黑色上清液取出，从而进行固液分离。将上清液在室温下放置后，得到黑色沉淀。进行大约15分钟的离心分离操作后，回收包含模板化合物的上清液，并将溶剂(1毫升)加入到黑色沉淀中。对所得悬浮液进行约5分钟的超声波辐射，然后进行约15分钟的离心分离操作。接下来，再次回收上清液，由此洗涤沉淀。将沉淀在室温下真空干燥后，对该沉淀进行拉曼散射测定，如果需要，可以对其进行电子显微镜分析。

拉曼散射测定将对洗涤后的沉淀进行测定。使用514.5纳米的激光束作为激光源。图3是测量结果，图4描绘了通过放大图3所示的谱的100cm^-1～250cm^-1波数所获得的窄谱。如果对分选操作之前的SWCNT进行测定，则按照以下步骤测得的半峰宽为21cm^-1，如果对分选操作之后的SWCNT进行测定，则按照以下步骤测得的半峰宽为20cm^-1。

使用其他SWCNT样品，重复进行与上述分选操作相类似的操作。每个SWNCT样品的半峰宽为20cm^-1。

在图3中，数值表示在各最大峰顶点(1593cm^-1)处散射光的强度。在图4中，括号中的数值表示峰顶点的波数和峰的强度。

[半峰宽的测定方法]

在一半峰强度处画一条平行于横轴的直线，直该线与峰相交的两点之间的波数即为半峰宽。例如，对于图4中显示的提纯后的峰，该峰顶点的强度为1741，在强度为871(即峰的强度1741的一半)处画一条平行于横轴的直线，得到该直线与峰之间的两个交点(两个点)，在此两个点之间的波数的读数为20cm^-1。

在图4中，峰位置反映了SWCNT的直径。非专利文献5中解释了峰位置与SWCNT直径之间的关系。

关于拉曼散射测定，发现了利用出现在150cm^-1～300cm^-1范围内的峰来计算SWCNT直径的几个关系式。例如在非专利文献5中引用了以下几个方程：

(1)ω＝(224/d)+14

(2)ω＝(232/d)+6.5

(3)ω＝(214/d)+6

(4)ω＝234/d

(5)ω＝248/d

在上述方程中，ω表示通过拉曼散射测定测得的以cm^-1为单位的峰波数，d表示以纳米为单位的SWCNT直径。

根据方程(1)，图3和图4中所示的分选后的SWCNT直径为1.28纳米。通过分选操作，半峰宽会变小。这表明分选操作后直径为1.28纳米的SWCNT的存在比例提高了，从而证明根据本实施例的分选方法对于分选SWCNT的直径是有效的。

用SEM观察分选处理前后的SWCNT。图5是观察结果。在分选之前，观察到许多异物。但在分选之后，仅观察到了SWCNT，而未发现异物。由此可以明显看出，根据本实施例的分选操作还产生了从SWCNT中除掉异物的提纯效果。

此外，在将激光源的激光束直径改变为785纳米的同时，测量了分选操作前后的拉曼散射谱。图6是测量结果。在图6中，括号中的数值分别表示峰顶点处的波数和峰的强度。在分选之前，存在三个峰。在分选之后，170cm^-1和206cm^-1处的两个峰基本消失，仅存在一个峰。由此可以明显看出，分选操作表现出了提纯效果。

实施例2

在实施例2中，使用包含苯环作为间隔体部位、在其中心含有锌的卟啉作为受体的Zn₂-1，3-DPB(下文称为“模板化合物B”)来代替实施例1中所用的模板化合物A。

另外，实施例2与实施例1的不同之处在于，它还向在提取碳纳米管操作中由离心分离产生的沉淀(相当于前述沉淀(B))中添加THF，以便再次提取SWCNT。

在实施例2中，将2.5毫克模板化合物B溶解在THF(6毫升)中，并将3.3毫克SWCNT添加到溶解有模板化合物B的THF中。将模板化合物B、THF和SWCNT在于研钵中粉碎30分钟的同时混合在一起。将所获悬浮液移至盛有THF(3毫升)的玻璃容器中，以42千赫进行超声波辐射3小时，然后离心分离15分钟。在离心分离后的上清液中，据认为具有特定直径的SWCNT与模板化合物B形成了缔合产物，并且该缔合产物溶解或高度分散(下文简称为“溶解”)在THF中。

无法与模板化合物B形成稳定缔合产物的SWCNT不溶于THF，而是通过离心分离与杂质一起成为沉淀。下文将该沉淀称为“第一残留物”。需要注意的是，部分模板化合物B不溶于THF，但包含在第一残留物中。

用移液管取出溶解有由SWCNT与模板化合物B形成的缔合产物的上清液，将其离心分离1小时。使用THF(6毫升)洗涤所得沉淀，在室温下真空干燥，由此得到分选后的SWCNT。下文将分选后的SWCNT称为“第一提取物”。另一方面，将洗涤液与先前的离心分离后的上清液混合，浓缩并干燥该混合物，从而回收模板化合物B。将所回收的模板化合物B称为“第一回收物”。

将THF(6毫升)添加到第一残留物中，然后在与上述相同的条件下，对所得溶液进行超声波辐射18小时，然后用与获得第一提取物相同的方法，对其进行离心分离。对从溶液中除掉了上清液后的固体物质进行真空干燥，并作为第二残留物。将上清液离心分离4小时，在室温下真空干燥所获沉淀。下文将该沉淀称为“第二提取物”。将离心分离后的上清液与第一回收物混合，浓缩并干燥该混合物。

用拉曼散射测定、SEM和透射电子显微镜(TEM)分析这样获得的提取物和残留物。除非另有规定，SEM的放大率为100,000倍。

在与实施例1相同的条件下，通过同样的方法进行使用RAM散射测定的分析。图7显示了通过将使用785纳米的激光源的拉曼散射谱的100cm^-1～250cm^-1的波数区域放大所得到的窄谱。

如果使用通过方程(1)计算的SWCNT的直径，则图7所示的拉曼谱可以解释如下。在提纯前所主要存在的直径为1.43纳米(173cm^-1)的SWCNT和直径为1.53纳米(162cm^-1)的SWCNT中，通过两次提取操作，直径为1.43纳米(173cm^-1)的SWCNT会被优先提取出来。结果，据认为与直径为1.53纳米(162cm^-1)的SWCNT相比，会残留有更多的直径为1.43纳米(173cm^-1)的SWCNT。

用SEM测量分选处理前后的SWCNT。图8是测量结果。根据使用SEM的测量，分选前的SWCNT中观察到了许多异物。但在分选后的第二提取物中，仅存在SWCNT，而未发现异物。这证明了根据此实施例的操作可以产生与实施例1相似的、从SWCNT中除掉异物的提纯效果。

图9是第一提取物的TEM照片(放大率为500,000倍)。该照片表明所获SWCNT是直径均一的多个碳纳米管的集合体，并且这些碳纳米管形成了集束。

实施例3

在实施例3中，使用包含锌作为配位在受体中心的金属元素的Zn₂-Polycon(下文称为“模板化合物C”)作为模板化合物。

在此实施例中，按照与实施例2中相同的方法分选并提取具有特定直径的SWCNT，不同之处在于，模板化合物的种类不同，最初的超声波辐射进行17小时。另外，使用与实施例2相同的拉曼散射测定、SEM和TEM分析所得提取物和残留物。

图10显示了通过将使用785纳米的激光源的拉曼散射谱的100cm^-1～250cm^-1的波数区域进行放大所得到的窄谱。在图10中，括号中的数值表示峰顶点的波数。

对于图10所示的拉曼散射测定结果，通过方程(1)计算SWCNT的直径。这样，就可以确认在该实施例中分选操作能够与实施例2相似地使直径为1.43纳米(173cm^-1)的SWCNT优先提取出来。另外，第一提取物的拉曼散射谱和第二提取物的拉曼散射谱的峰位置相同，这表明分选出了同一直径的SWCNT。

将实施例2与本实施例的残留物中的162cm^-1与173cm^-1处的峰强度之比进行比较。由此可见，在本实施例中，173cm^-1处的峰强度与162cm^-1处的峰强度之比小于实施例2中的相应峰强度之比。据认为本实施例中提取出了更多的直径为1.43纳米(173cm^-1)的SWCNT，这表明通过改变模板化合物的化学结构可以改变分选方式。

测量使用514.5纳米激光源的拉曼散射谱在200cm^-1附近的峰的半峰宽。结果，第二残留物的半峰宽为21cm^-1，第一和第二提取物的半峰宽为20cm^-1。

图11显示了SWCNT在分选操作前后通过SEM和荧光X射线(下文称为“EDX”)测得的测量结果。图12是SWCNT分别在分选操作前后的TEM照片。

根据使用SEM的测量，在分选前的SWCNT和第一残留物中观察到了许多异物。但在分选之后的第二提取物中，仅观察到了SWCNT，而未发现异物。这证明了本实施例的操作可以产生提纯的效果。同样地，根据TEM照片，分选前的SWCNT中观察到了许多异物。但在分选之后的第二提取物中，仅观察到了SWCNT，而未发现异物。与SEM测量相似，由TEM可以证实该提纯效果。

根据EDX测量，在第一提取物中确认了在提纯前的SWCNT中不存在的锌。据认为其原因如下。当模板化合物C和SWCNT形成缔合产物时，配位在受体部位的卟啉骨架上的Zn向SWCNT转移，并被承载在分选后的SWCNT的表面上。也就是说，使用根据本发明的提纯碳纳米管的方法，特定金属元素配位在模板化合物的受体部位的卟啉骨架上，从而前述特定金属元素可以由提纯后的SWCNT所承载。对于承载金属元素的方式，可以是由各碳纳米管仅该承载金属元素的方式，也可以是通过具有配位在卟啉骨架上的金属元素的碳纳米管来承载该金属元素的方式。

实施例4

在本实施例中，除了将模板化合物B(Zn₂-1，3-DPB)的金属元素由Zn改变为Ni，并将最初的超声波辐射进行14小时外，使用与实施例2相同的方式提纯SWCNT。使用与实施例2相同的方法，通过SEM观察所获得的第二提取物和第一残留物。图13是观察结果。

在本实施例中，与实施例2类似，在分选前的SWCNT和第一残留物中观察到了许多异物。但在分选之后的第二提取物中，仅观察到了SWCNT，而未发现异物。因此可以证实提纯效果。

对于分选直径后的SWCNT，SWCNT的长度可以通过例如凝胶过滤色谱法进行分选。也就是说，通过将利用多孔凝胶的分子筛如具有三维网状结构的分子筛填充到色谱柱中，通过将直径分选方法与用于分选分子大小的方法相结合来分选SWCNT的长度。

分选长度的机理如下。根据本发明的使用模板化合物的提纯方法能够分选SWCNT的直径。因此，通过将该方法与利用色谱法等用于分选分子大小的方法相结合，可以分选SWCNT的长度。在此情况下，当将色谱法与本发明的提纯方法相结合时，用于分选分子空间大小的方法和用于分选分子质量的方法可以同时适用。其原因如下。由于各SWCNT由碳原子单独形成，因此只要预先分选直径，并在分选直径后随之分选空间大小或分选质量，就可以最终分选长度。因此，在根据本发明的提纯方法之后，通过应用各种液相色谱法中的任意一种方法，均可以获得同时具有分选了直径和长度的SWCNT。

工业实用性

通过根据本发明的提纯方法而获得的作为具有均一直径的单层碳纳米管(SWCNT)而分选的单层碳纳米管可以广泛用作功能材料，例如能够以很高密度集成的分子元件；吸藏包括氢气的各种气体的吸藏材料；场致发射显示器(FED)构件；电极材料或树脂成型产品用添加材料。

此外，通过适当选择碳纳米管所承载的金属，表面上负载有配位在本发明的卟啉骨架上的金属的碳纳米管能够调节电阻等电子物理性能，并且可以应用于电子器件等各种电子材料。

Claims (10)

1.一种碳纳米管的提纯方法，该方法包括：

将碳纳米管浸入溶有模板化合物的溶液之中，并将特定的碳纳米管提取到该溶液中，所述模板化合物由具有共轭环状结构的受体部位和固定多个所述受体部位的间隔体部位组成；和

回收所提取的碳纳米管。

2.如权利要求1所述的方法，所述方法包括：

将碳纳米管浸入溶有模板化合物的溶液之中，并将特定的碳纳米管提取到该溶液中，所述模板化合物的所述受体部位和所述间隔体部位中的至少一个上包含亲油性取代基；和

回收所提取的碳纳米管。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述提取包括进行超声波辐射。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中所述回收包括离心分离。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其中所述提取包括使用四氢呋喃作为溶剂。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其中所述受体部位具有卟啉骨架或芘骨架。

7.如权利要求6所述的方法，其中将金属元素配位在所述卟啉骨架上。

8.一种碳纳米管，其中将能够配位在卟啉骨架上的金属元素承载在表面上。

9.一种碳纳米管，所述碳纳米管通过权利要求1或2所述的提纯方法获得。

10.一种碳纳米管，其中，通过拉曼散射测定，所得到的出现在谱图的200cm^-1附近的峰的半峰宽等于或小于20cm^-1。

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