[发明专利]一种利用超分子复合物增溶碳纳米管及利用光控制其溶解度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用非共价键修饰碳纳米管，特别是一种利用超分子复合物增溶碳纳米管及利用光控制其溶解度的方法，属于有机和无机材料技术领域。 

背景技术

碳纳米管具有独特的物理、化学及电学性质，例如各向异性、高的机械强度和弹性、良好的导热导电性，使它在纳米电子器件、超强复合材料、催化剂、药物载体、生物传感器及储氢材料等诸多领域的研究取得了较大突破(Xie，L.et al J.Am.Chem.Soc.，2007，129，12382；Chen，J.，et al J.Am.Chem.Soc.，2008，130，16778)。碳纳米管因其管壁间存在范德华力和π-π相互作用，常形成纳米管束，导致其在水以及常见有机溶剂中的溶解度极低，限制了其在很多领域的应用；而且碳纳米管表现出很强的细胞毒性，研究结果已经证明，这种毒性与碳纳米管的比表面积有关，比表面积越大，相应的细胞毒性越大。通过对碳纳米管表面进行修饰，可在一定程度上增加碳纳米管在水中及常见有机溶剂中的溶解度，而且修饰基团覆盖了碳纳米管的部分表面，从而降低了其细胞毒性，使其作为药物载体应用于生物体系的可能性大大增加。此外，修饰后的碳纳米管还表现出修饰基团的特定活性，为碳纳米管在组装、表面反应等方面的应用提供了可能。 

目前的研究中，通过对碳纳米管的修饰可达到增加其溶解度的目的。碳纳米管的修饰方法可分为两种：1、共价接枝化学分子到碳纳米管表面的π键共轭体系，即共价修饰；2、在碳纳米管表面吸附/包覆功能分子，即非共价修饰。

共价修饰主要通过两种途径实现，其一是用强氧化剂打开碳纳米管的端头和侧壁缺陷，使其末端及缺陷部位连上羧基，增加其水溶性。除此之外，还可在羧基的基础上进一步功能化，接枝不同的功能分子，使其作为药物载体、催化剂载体、光电转换材料等；其二是用活泼的物质如卤素、氮烯、卡宾、自由基等与碳纳米管的侧壁sp²杂化碳原子加成，形成官能化的活性表面。这些方法都是直接与碳纳米管表面的化学键作用，破坏碳纳米管结构中的sp²结构，由此也在一定程度上破坏了其电子特性。非共价修饰则可以避免共价修饰的缺点，由于碳纳米管含有石墨结构，可以利用化合物与碳纳米管间的疏水作用、π-π相互作用、以及超分子包合作用等来进行非共价修饰。 

在诸如生物传感器及药物载体等应用中，碳纳米管体系需要能够对外界环境的变化做出 响应，例如酸碱度、温度、光照等。在药物缓释技术中，碳纳米管溶解度对外界环境的响应将对药物传输或释放过程产生重要的影响。通过共价键修饰碳纳米管，并使其溶解度随外界环境变化而改变已经有一些报道(Yu，B.，et al Chem.Commun.2006，2356；Hong，C.T.，et al J.Mater.Chem.2008，18，1831)，但是利用非共价方式修饰碳纳米管，并使之对外界环境的改变具有响应能力的研究尚未见到相关报道或专利。 

发明内容

本发明技术解决的问题：克服现有技术的不足，提供一种利用超分子复合物增溶碳纳米管方法，该方法所用原材料廉价、易得，操作方法简单。 

本发明还提供一种通过光来调控溶解度、利用超分子复合物增溶碳纳米管方法。 

本发明的技术解决方案之一：一种利用超分子复合物增溶碳纳米管的方法，在室温10～40℃下将偶氮苯类化合物及环糊精溶于水中，得到超分子复合物溶液，其中偶氮苯类化合物的浓度范围为1×10^-3～1×10^-5mol/L，偶氮苯类化合物与环糊精的比例(摩尔比)为1∶1～1∶10；然后按0.5～2mg/mL的比例将碳纳米管加入到超分子复合物溶液中，用超声波或者搅拌的方法分散碳纳米管；通过离心或者过滤的方法将未溶解的碳纳米管除去，得到分散均一、稳定的碳纳米管溶液。 

本发明的技术解决方案之二：利用本发明技术解决方案之一的方法，制备分散均一、稳定的碳纳米管溶液；利用紫外光照射，偶氮苯类化合物发生从反式到顺式的异构化反应，超分子复合物发生解离，得到浓度降低的碳纳米管溶液；可以通过光照时间长短控制异构化反应进行的程度，得到不同浓度的碳纳米管溶液。 

所述的偶氮苯类化合物结构为： 

其中： 

X为氢、低级烷基，即碳的个数为1～6、卤代烷基、及含有蒽和芘的基团。 

Y为羧酸盐基、磺酸盐基、聚醚(-CH₂-CH₂-O-)_n，n＝2～6。