[发明专利]逐层点击化学法合成功能化碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米技术领域的合成功能化碳纳米管的方法，具体是一种逐层点击化学法合成功能化碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon Nanotube，简称CNT)的制备方法主要有催化热解、电弧放电、模板法和激光蒸发等。所制得的碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-walled Nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(Multiwalled Nanotube，MWNT)。碳纳米管/高分子纳米复合材料由于具有优异的性能而得到开发。碳纳米管/高分子纳米复合材料的制备分为两种方式，一种是将纳米碳管机械分散到高分子聚合物中，称作“共混”；另一种方式是将碳纳米管表面处理连接上功能团后，进行原位聚合，从而得到通过共价键连接碳纳米管/高分子纳米复合材料。后一种方式可以大大改善碳纳米管的亲合及溶解性能，从而制备出高性能的纳米复合材料。

Richard E.Smalley等人在《Science》(科学)1998年第280期1253～1255页发表了题为《Fullerene Pipes》(富勒烯管)一文，文中研究了碳纳米管的酸处理，得到了不同处理条件下的产物分布情况，这为以后进一步的研究打下了很好的基础。之后，Masahito Sano等人在《Angewandte Chemie InternationalEdition》(德国应化)2001年第113期4661～4663页发表了题为《Constructionof Carbon Nanotube Stars with Dendrimers》(用树枝状聚合物构建星形碳纳米管)一文，文中描述了成功的将第十代树枝状聚合物PAMAM(poly(amidoamine))接枝到碳纳米管表面。Ya-Ping Sun等人在《Nano Letters》(纳米文摘)2001年第1期423～427页发表了题为《Organization of Polymers onto CarbonNanotubes：A Route to Nanoscale Assembly》(碳纳米管上聚合物的构建：制备纳米尺度聚集的一种方法)一文，文中实现了PPEI-EI(poly(propionylethylenmine-co-ethylenmine))，M_W≈200000，EI摩尔分数≈15％)的接枝并研究了所得产物的非线性光学性能。

另一方面，“点击”化学(Click chemistry)是由Sharpless等人在《Angewandte Chemie International Edition》(德国应化)2001年第40期2004～2021页发表了题为《Click Chemistry：Diverse Chemical Function froma Few Good Reactions》(点击化学：来自一些高效反应的不同的化学官能团)一文中提出的，其核心是开辟一整套以含杂原子链接单元C-X-C为基础的组合化学新方法，具有快速、有效、高选择性等优点，目前已在新药研究，生物化学等领域中得到了广泛应用。“点击”反应必须是模块化、应用广泛、高产率和立体选择性的，通常还具有较高的热力学驱动力，使反应迅速，并得到单一产物。反应过程一般具有以下特点：(1)简单的反应条件，例如反应过程对水和氧气不敏感；(2)起始原料和反应物容易获得；(3)不需溶剂或使用易于除去的溶剂；(4)产物分离简单；(5)所生成产物在生理条件下稳定。其中有催化剂催化的叠氮化物和炔的Huisgen 1，3-偶极环加成反应由于具有反应条件简单、反应速率快、产率高(无副产物)、产物易纯化等优点，已得到了人们越来越多的关注。

LbL技术是一种通用而有效的对各种基质表面进行修饰的方法，其通过循环地把各种基质表面浸没于两种可相互作用的聚合物溶液中而达到修饰的目的。一般来说，这种LbL的多层聚合物结构可以通过非共价的静电吸引力、氢键相互作用和共价键连接等方式而构建。

我们所提出的逐层点击化学法合成功能化碳纳米管的方法具有以下显著的优点：(1)共价连接：每层聚合物之间是通过共价键连接的，从而形成相互交联的聚合物网，因而与相应的非共价键的方法相比，其产物的结构稳定性更高；(2)高效：由于每层聚合物之间是通过点击化学反应产生的共价键相互连接的，因而这种方法便拥有了点击化学本身所具有的一些优点，如反应效率高、反应速度快、反应的选择性高等；(3)可控：一方面点击化学反应本身具有优良的可控性，另一方面这种LbL逐层共价连接的方法也具有很好的可控性，比如可以通过改变加料比例或逐层连接的次数来控制聚合物的量和各层聚合物的厚度。