[发明专利]荧光离子液体功能化的碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米技术领域的制备方法，特别是一种荧光离子液体功能化的碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon Nanotube，简称CNT)是近年来被发现的一种新型碳结构，是由碳原子形成的石墨烯片层卷曲而成的无缝中空碳管，两端各有半个富勒烯分子封端，是一种具有高度离域化π电子共轭体系的一维量子材料。碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。其制备方法主要有催化热解、电弧放电、模板法、化学气相沉积法等。

碳纳米管自问世以来，由于其独特的电子和力学性质及准一维管状的分子结构迅速成为物理、化学、材料乃至生物学研究的热点。随着碳纳米管科学与生物、电子等学科领域的深入交叉，一种新型的功能化碳纳米管材料-荧光碳纳米管应运而生。荧光碳纳米管一般由量子点、染料分子、带发色团的高分子与碳纳米管复合而成。由于其在生物探针、荧光纳米传感器、纳米光活性材料等领域有着广阔的应用前景。目前制备荧光碳纳米管的策略有两种，共价化学改性和非共价化学改性。

经对现有技术的文献检索发现，Hedderman等在《化学物理杂志B》2006年第110卷3895页上发表的“深入研究单壁碳纳米管与蒽和三联苯之间的相互作用”，该文提出采用蒽和三联苯通过非共价化学作用增加碳纳米管的溶解性，其不足在于：由于荧光发色团与碳纳米管表面直接接触，大多会引起处于激发态发色团中的电子向碳纳米管发生电子转移，结果将引发严重的淬灭。检索中还发现，Sun等在《光化学与光生物学杂志A：化学》2007年第185卷94页上发表的“芘功能化单壁碳纳米管激发态下的能量转移”，该文采用共价化学法改性单壁碳纳米管，其不足在于：碳纳米管上的羧基官能团需要进行酰氯反应增强其活性，延长了其反应周期，且条件相对更为苛刻。另一方面，离子液体由于具有低挥发性、高热稳性、高离子传导性等特点而成为近期研究的热点。更关键的是离子液体的结构和性质可以通过适当选择阴离子，阳离子及其取代基而改变，即可以在一定程度上设计离子液体。如果将设计好的荧光性离子液体功能化到碳纳米管表面，就可以实现对碳纳米管的荧光功能化，从而制备出荧光离子液体功能化的碳纳米管。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种荧光离子液体功能化的碳纳米管的制备方法，使其利用简单的离子交换法将荧光离子液体功能化到碳纳米管表面，得到荧光离子液体功能化的碳纳米管，目标产品具有较高的量子产率20％。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先通过分子设计合成含有荧光基团的离子液体，然后对碳纳米管进行酸化、盐化处理，通过离子交换反应将荧光离子液体功能化到碳纳米管表面，得到荧光离子液体功能化的碳纳米管。

本发明包括以下步骤：

步骤a：将N-三甲基硅烷基咪唑和9-氯甲基蒽以摩尔比1/2～1/5加入到蒸馏过的四氢呋喃中，搅拌，产物加入到有机溶剂中洗涤、分液，真空干燥后得到离子液体氯化1，3-二(9-蒽甲基)咪唑([bamim]Cl)。

步骤b：将1重量份干燥的碳纳米管原料和50～5000重量份强氧化性酸混合，超声波处理、搅拌反应，抽滤并用去离子水反复洗涤多次至溶液呈中性，真空干燥后得到酸化的碳纳米管；

步骤c：将1重量份步骤b所得的酸化碳纳米管加入到10～1000重量份0.1mol/L～1mol/L的碱性溶液中，超声波处理、搅拌反应，抽滤并用去离子水反复洗涤多次至溶液呈中性，真空干燥后得到盐化的碳纳米管；

步骤d：将步骤c所得的盐化碳纳米管和步骤a所得的离子液体以重量比1/10～1/100加入到有机溶液中，超声波处理、搅拌反应，抽滤并用有机溶剂反复洗涤，在有机溶剂中透析，产物真空干燥后得到荧光离子液体功能化的碳纳米管。

上述步骤a中，所述搅拌，其时间为1h～50h，搅拌时温度为20℃～100℃；所述洗涤、分液，其操作重复5次。

上述步骤a中，所述有机溶剂为二乙醚、乙醚、二甲亚砜、氯仿、四氢呋喃、丙酮、乙醇、乙腈、丁酮、吡啶或者含有这些溶剂的混合溶剂。

上述步骤b中，所述超声波处理、搅拌反应，是指：以0kHz～100kHz超声波处理1min～100min，加热到20℃～200℃，搅拌反应1min～100min。

上述步骤b中，所述碳纳米管为催化热解、电弧放电、模板法、化学气相沉积法方法制备的单壁或多壁碳纳米管。