[发明专利]表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法

说明书

本发明公开了一种表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法，其包括：将单壁碳纳米管及氮杂环芳香族小分子化合物在分散介质中均匀混合形成分散溶液；将所述分散溶液分离形成固相部分和液相部分，所述液相部分包含富集的、结合有所述氮杂环芳香族小分子化合物的半导体型单壁碳纳米管；对结合有所述氮杂环芳香族小分子化合物的半导体型单壁碳纳米管进行光照处理，使氮杂环芳香族小分子化合物降解，获得表面洁净无分散剂的半导体型单壁碳纳米管。本发明提供的制备方法适合规模化制备表面洁净的单壁碳纳米管，其简单有效，成本低。

技术领域

本发明特别涉及一种表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法，属于碳纳米管技术领域。

背景技术

由于单壁碳纳米管(SWCNTs)具有优异的光、电特性，因而被认为是纳米科学和技术上最具有潜力的材料。然而，通常生产出的单壁碳纳米管包含了不同的手性种类，不同的手性碳纳米管具有诸如导电属性不同等性质，这就使得其在应用方面受到限制。所以，单壁碳纳米管的导电属性或手性结构分离技术在近些年得到了迅速发展，比如密度梯度离心，离子交换色谱，凝胶色谱柱，电泳，双水相体系以及共轭聚合物包覆和小分子萃取。对于这些方法，都有一个亟待解决的问题，即，一般在分离过程中为了碳纳米管单分散而使用的分散剂由于通过强的超分子作用与碳纳米管结合，因而很难从碳纳米管表面脱离，这将导致管间的肖特基势垒和碳纳米管与电极间的电阻增大，大大降低了单壁碳纳米管在电子领域的应用性能。

为了获得脱除分散剂的、表面洁净的单壁碳纳米管，特别是半导体单壁碳纳米管，在过去的几年中，研究人员做出了大量的努力。比如，在水相体系中，由于碳纳米管表面的分散剂与溶液中游离的分散剂呈动态平衡状态，一些研究人员尝试用过滤和透析的方法去除表活剂，但是这些方法将会导致碳纳米管的聚集，同时其去除也不很有效。又如，liang等人在有机相中合成了一系列的氧化还原剂和pH响应的聚合物，通过体系状态的变化改变聚合物构型从而实现分散剂从碳纳米管表面的脱除。鲍哲楠等人也设计了一种通过氢键链接的超分子聚合物，这种结构可以通过添加一些强质子酸断裂氢键，从而实现聚合物从碳纳米管表面的脱除，不过强质子酸的添加同时也将破坏碳纳米管的本征特性使得对于之后的应用受限。而且，前述的这些方法都不够简单有效，特别是这些方法都需借助聚合物实施，一方面聚合物结构的局限性会导致分离碳纳米管的纯度不高，另一方面聚合物会受到聚合度的影响，不利于工艺的稳定性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供的一种表面洁净无分散剂的单壁碳纳米管的制备方法包括：

将单壁碳纳米管及氮杂环芳香族小分子化合物在分散介质中均匀混合形成分散溶液，

将所述分散溶液分离形成固相部分和液相部分，所述液相部分包含富集的、结合有所述氮杂环芳香族小分子化合物的半导体型单壁碳纳米管，

对结合有所述氮杂环芳香族小分子化合物的半导体型单壁碳纳米管进行光照处理，使氮杂环芳香族小分子化合物降解，获得表面洁净无分散剂的半导体型单壁碳纳米管；

所述氮杂环芳香族小分子化合物包括具有下式所示结构的化合物：

其中，R为具有4～16个碳原子的直链烷基。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)提供的氮杂环芳香族小分子化合物具有对单壁碳纳米管，特别是半导体型单壁碳纳米管的特殊选择性，因而可以作为分散剂，通过简单的π-π作用获得纯度较高的半导体型单壁碳纳米管，从而实现低成本、规模化的高纯度半导体型、金属型单壁碳纳米管的分离；