[发明专利]一种碳纳米管氨基化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基化的方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)是1991年才被发现的一种新型碳结构，它是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。一般可分为单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。目前，国际上对碳纳米管的研究方向重点是针对碳纳米管的改性或功能化处理。

碳纳米管具有很多奇特的物理性质抓独特的半导体特性、极高的机械强度、极大的比表面、优异的吸附能力等。在许多领域有着重要的应用前景，如纳米电子器件、加强型纤维、生物/化学传感器、纳米探针储氢、储能材料、催化剂载体等，是21世纪最有前途的纳米材料之一。但是，由于碳纳米管管与管之间较强的吸附力作用，使得碳纳米管很难溶于水和有机溶剂并且成束难以分散。此外，各种工艺制备的碳纳米管纯度不是很高，均匀性比较差，这些极大的限制了碳纳米管在各个领域的应用和研究。现有的研究表明，实际生产出来的碳纳米管的侧壁或管端存在不少的缺陷位，在这些部位通过化学反应或是电子撞击等手段是完全能够产生价电子或活性中心，因此通过对碳纳米管的改性来提高碳纳米管的纯度和均匀性是完全可行的。目前碳纳米管改性方法多是采用超临界流体、缩合剂法等手段使碳纳米管接上含氮官能团，以改善碳纳米管的纯度和均匀性，但是该方法工艺复杂，费时费力，且在碳纳米管中氮原子的含量仅能达到了1％左右，引入含氮官能团的效率也较低，限制了碳纳米管的使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的碳纳米管改性方法工艺复杂、引入含氮官能团的效率低的问题，而提供了一种碳纳米管氨基化的方法。

本发明碳纳米管氨基化的方法按照以下步骤进行：一、0.2～0.5g的经预处理后的碳纳米管放入到超临界反应釜内，然后加入20～24ml的氨水或20～24ml的乙二胺，控制超临界反应釜的温度为340～350℃，压力为6～11MPa，反应时间为2～4min，用水冷却反应釜；二、步骤一反应后的产物用蒸馏水清洗后在55～65℃条件下真空干燥，即得到氨基化后的碳纳米管。

本发明的方法工艺简单，本发明胺基化后的碳纳米管经红外光谱可知，在碳纳米管经红外光谱图上有明显的-CH₂、-C＝O、-C-N-H的吸收峰，由此可以推断出胺基接枝到碳纳米管上，而本发明胺基化后的碳纳米管通过红X-射线光电子能谱可知，在红X-射线光电子能谱图中出现了N_1s峰，由此可以看出氮原子已经被引入到碳纳米管的表面上，且本发明方法得到的碳纳米管中氮原子的含量达到了3％以上，本发明方法所引入的含氮官能团的效率高。

附图说明

图1为具体实施方式七中胺基化后碳纳米管的红外光谱图；图2为具体实施方式七中胺基化后碳纳米管的X-射线光电子能谱图；图3为具体实施方式八中胺基化后碳纳米管的红外光谱图；图4为具体实施方式八中胺基化后碳纳米管的X-射线光电子能谱图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式碳纳米管氨基化的方法按照以下步骤进行：一、0.2～0.5g的经预处理后的碳纳米管放入到超临界反应釜内，然后加入20～24ml的氨水或20～24ml的乙二胺，控制超临界反应釜的温度为340～350℃，压力为6～11MPa，反应时间为2～4min，用水冷却反应釜；二、步骤一反应后的产物用蒸馏水清洗后在55～65℃条件下真空干燥，即得到氨基化后的碳纳米管。

本实施方式的方法工艺简单，本实施方式胺基化后的碳纳米管经红外光谱可知，在碳纳米管经红外光谱图上有明显的-CH₂、-C＝O、-C-N-H的吸收峰，由此可以推断出胺基接枝到碳纳米管上，而本实施方式胺基化后的碳纳米管通过红X-射线光电子能谱可知，在红X-射线光电子能谱图中出现了N_1s峰，由此可以看出氮原子已经被引入到碳纳米管的表面上，且本实施方式得到的碳纳米管中氮原子的含量达到了3％以上，本发明方法所引入的含氮官能团的效率高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中预处理的方法采用纯化处理，具体操作为：将碳纳米管在300～400℃条件下灼烧5～7h，即得到预处理后的碳纳米管。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。