[发明专利]一种单手螺旋碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管的制造技术，具体涉及一种单手螺旋碳纳米管的制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

碳纳米管作为纳米材料的代表之一，因其具有可调的化学表面、中空的内部腔室以及极好的生物相容性，在能源存储与转化、复合材料、多相催化、环境保护及生物医药等领域具有广泛的应用。螺旋碳纳米管是一种弯曲环绕、形成螺线状结构的碳纳米管，具有螺旋形态特有的手性、螺旋状以及非线性力学响应等性质。尤其对于单手螺旋碳纳米管，它有一定的旋光活性，并且可以吸收特定波长的圆二偏振光。

碳纳米管的制备方法可以分为石墨电弧法、激光蒸发法和化学气相沉积三大类。前两种方法由于其输入能量较高，碳原子更倾向于形成稳定的碳六环结构，因而少有螺旋碳纳米管的生成。而化学气相沉积生长可以在低温、常压的条件下制备碳纳米管，并可在生长的过程中对螺旋碳纳米管壁数、直径、长度以及取向进行人为调控。

中国专利申请CN101746750A公开了一种以三氧化二铁为催化剂前驱体，利用化学气相沉积法的方法制备弹簧状微纳米碳螺旋材料。中国专利申请200610000165.4公开了一种采用乙炔为碳源、氢气为载气、氮气或氩气为稀释气体、镍板为催化剂、PCl₃为助催化剂，通过化学气相沉积法，在较低温度下制备出螺旋纳米碳纤维。

热固性酚醛树脂热稳定性较高，是制备各种碳材料的的理想高分子。对于利用酚醛树脂制备碳材料，中国专利CN102275898B公开了一种以柠檬酸为催化剂，F127为结构导向剂制备介孔酚醛树脂，并碳化该树脂制备介孔碳材料。中国专利CN101538033B公开了一种以酚醛树脂、两种造孔剂及固化催化剂为起始原料，通过预固化成型、深固化、碳化等工艺制得同时具有介孔和大孔孔径分布的碳素块体材料。

但是通过碳化单手螺旋酚醛树脂纳米管制备单手螺旋碳纳米管目前尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种单手螺旋碳纳米管的制备方法，由此制备的具有光学活性的碳纳米管材料在手性分离、手性催化、宽频吸波等领域有广泛的用途。 

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种单手螺旋碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将长碳链羧酸与氯化亚砜进行酰化反应，制备得到化合物A；

所述长碳链羧酸为：CH₃(CH₂)_nCOOH，n为10-20；

(2)氢氧化钠存在下，将化合物A与氨基酸反应得到化合物B；

所述氨基酸为L-苯甘氨酸、D-苯甘氨酸、L-缬氨酸、D-缬氨酸、L-丙氨酸、D-丙氨酸、L-苯丙氨酸、D-苯丙氨酸、L-异亮氨酸、D-异亮氨酸、L-赖氨酸、D-赖氨酸、L-亮氨酸或D-亮氨酸；

(3)将化合物B、氨基苯酚与甲醇、水混合得到混合液，搅拌15-60分钟后向混合液加入甲醛，反应得到化合物C；

(4)惰性气体气氛中；将化合物C碳化得到单手螺旋碳纳米管。

优选的技术方案中，步骤(1)中长碳链羧酸为十四酸，十六酸或者十八酸；步骤(2)中氨基苯酚为邻氨基苯酚，间氨基苯酚，对氨基苯酚；步骤(4)中惰性气体为氮气。

上述技术方案中，首先将长碳链羧酸酰化得到化合物A；再将化合物A与氨基酸反应得到模板剂化合物B；然后吸附在模板剂表面的氨基苯酚与甲醛发生缩合反应，制备单手螺旋氨基苯酚-甲醛树脂纳米管化合物C；最后碳化氨基苯酚-甲醛树脂后得到单手螺旋碳纳米管；

化合物A的结构式通式为：                                                ，n为10-20；

化合物B的结构式通式为：；式中，R为氨基酸侧链基团，n为10-20；

化合物C的结构通式为：，n为10-20；

具体步骤如下：

步骤(1)为将长碳链羧酸溶入重蒸的氯化亚砜中，0-80℃下搅拌反应2-4 h，然后回流反应2-4h，得到化合物A；

步骤(2)为将氨基酸和氢氧化钠溶于水和丙酮混合液中，冰水浴条件下，向混合液中加入化合物A和氢氧化钠水溶液；室温下反应1-10小时；得到化合物B；

步骤(3)为将化合物B、氨基苯酚溶入甲醇，于0-60℃、500-1500 r/min的搅拌速度下加入水得到混合液，搅拌15-60分钟后向混合液加入甲醛，反应1-10小时得到化合物C；