CN1986398A - 光化学修饰碳纳米管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光化学修饰碳纳米管的方法，属于纳米技术领域。本发明将碳纳米管与二苯甲酮、二苯甲醇在有机溶剂中混合形成混合溶液，等到二苯甲酮、二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中进行超声作用，然后把混合溶液在紫外光照射下反应，同时不停搅拌，反应产物用有机溶剂洗涤，将洗涤后剩下的产物干燥，得到功能化的碳纳米管。本发明方法简单实用，效率很高，所有反应条件都可在温和的条件下进行，不需要复杂的试验装置。本发明得到的功能化的碳纳米管能很好的分散在有机溶剂中，可以和其他化合物方便反应，并能够方便的和其他高分子物结合用来制备纳米复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种纳米技术领域的方法，特别是一种光化学修饰碳纳米管的方法。
背景技术
碳纳米管由于其独特的物理和化学性能，自从被发现以来，就引起了人们极大的兴趣。为了克服碳纳米管之间的强范德华相互作用，改善碳纳米管在溶剂中的分散性能，或者增强它与其他材料之间的相互作用，对碳纳米管表面进行修饰是一个非常重要的手段。
经对现有技术的文献检索发现，目前用光化学对碳纳米管修饰的方法有两种：Micheal Holzinger等人在《Angewandte Chemie International Edition》(《德国应用化学》，2001，40期，第4002-4005页)发表题为“Sidewallfunctionalization of carbon nanotubes”(“碳纳米管管壁的功能化”)的论文，公开了一种用十七氟代碘辛烷在紫外光照射下共价修饰碳纳米管的方法。MinooJ.Moghaddam等人在《Nano Letters》(《纳米通信》，2004，4期，第89-93页)发表题为“Highly efficient binding of DNA on the sidewalls and tips of carbonnanotubes using photochemistry”(“利用光化学高效结合DNA到碳纳米管管壁和端部的办法”)，公开了用一种叠氮化物在紫外光照射下共价修饰碳纳米管的办法。但是，这些光化学方法都需要特殊的功能化物，限制了它的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光化学修饰碳纳米管的方法，使碳纳米管与二苯甲酮和二苯甲醇的混合物在紫外光的照射下得到功能化的碳纳米管，这种方法简单、实用、效率很高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明将碳纳米管与二苯甲酮、二苯甲醇在有机溶剂中混合形成混合溶液，等到二苯甲酮、二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中进行超声作用，然后把混合溶液在紫外光照射下反应，同时不停搅拌，洗涤反应产物，将洗涤后剩下的产物干燥，得到功能化的碳纳米管。
所述的二苯甲酮有以下结构：
其中
为苯环；C＝0为羰基。
所述的二苯甲醇有以下结构：
其中
为苯环；OH为羟基。
所述的碳纳米管是单壁或者多壁碳纳米管，它们是导体或者半导体。
所述的在紫外光照射下反应，反应时间为10分钟到20小时。
所述的二苯甲酮和二苯甲醇的摩尔比在1∶10到10∶1之间。
所述的在超声波中进行超声作用，超声5到120分钟。
所述的功能化的碳纳米管，其功能基是二苯甲醇。
所述的功能化的碳纳米管的管壁上二苯甲醇以共价键与碳纳米管键合。
本发明方法简单实用，效率很高，热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团可占总重量的50％，所有反应都可在温和的条件下进行，且不需要复杂的实验装置。本发明得到的功能化的碳纳米管能很好的分散在有机溶剂中，可以和其他化合物方便反应，并可以与其他高分子物结合用来制备纳米复合材料。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
取单壁碳纳米管5毫克、二苯甲酮2.5克、二苯甲醇2.527克，加入苯20毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声5分钟，然后放在紫外光下照射，反应2小时，同时不停地搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的42％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
实施例2
取单壁碳纳米管5毫克、二苯甲酮2.5克、二苯甲醇2.527克，加入苯20毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声10分钟，然后放在紫外光下照射，反应2小时，同时不停地搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的50％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
实施例3
取单壁碳纳米管5毫克、二苯甲酮2.5克、二苯甲醇2.527克，加入苯20毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声120分钟，然后放在紫外光下照射，反应2小时，同时不停搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的33％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
实施例4
取单壁碳纳米管5毫克、二苯甲酮5克、二苯甲醇0.5054克，加入苯10毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声10分钟，然后放在紫外光下照射，反应10分钟，同时不停搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的11％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
实施例5
取单壁碳纳米管5毫克、二苯甲酮2.5克、二苯甲醇25.27克，加入苯30毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声10分钟，然后放在紫外光下照射，反应20小时，同时不停搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的6％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
实施例6
取多壁碳纳米管5毫克，二苯甲酮2.5克、二苯甲醇2.527克，加入苯20毫升混合形成混合溶液，等到二苯甲酮和二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中超声10分钟，然后放在紫外光下照射，反应2小时，同时不停搅拌，收集反应产物，用四氢呋喃洗2次，洗涤后剩下产物在真空下干燥3小时，得到功能化的碳纳米管。热重分析发现接枝到碳纳米管表面的功能基团占总重量的23％。拉曼光谱、紫外光谱和红外光谱表明修饰于碳纳米管管壁上的二苯甲醇功能基以共价键和碳纳米管相连结。
功能化的碳纳米管在乙醇中稳定，溶液静止10天没有沉淀产生。而未功能化的碳纳米管在乙醇中不稳定，在乙醇中超声后，静止1天就全部沉淀。
Claims (7)
1、一种光化学修饰碳纳米管的方法，其特征在于，将碳纳米管与二苯甲酮、二苯甲醇在有机溶剂中混合形成混合溶液，等到二苯甲酮、二苯甲醇溶解后，将混合溶液放在超声波中进行超声作用，然后把混合溶液在紫外光照射下反应，同时不停搅拌，洗涤反应产物，将洗涤后剩下的产物干燥，得到功能化的碳纳米管。
2、根据权利要求1所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
3、根据权利要求1所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述的二苯甲酮和二苯甲酮的摩尔比在1∶10到10∶1之间。
4、根据权利要求1所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述的在超声波中进行超声作用，超声时间为5到120分钟。
5、根据权利要求1所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述的在紫外光照射下反应，反应时间为10分钟到20小时。
6、根据权利要求1所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述功能化的碳纳米管，其功能基是二苯甲醇。
7、根据权利要求1或6所述的光化学修饰碳纳米管的方法，其特征是，所述功能化的碳纳米管的管壁上二苯甲醇以共价键与碳纳米管键合。
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