[发明专利]一种利用瞬态吸收光谱技术检测碳纳米管光化学活性的方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管光化学活性检测领域，更具体地说，涉及一种利用瞬态吸收光谱技术检测碳纳米管光化学活性的方法。

背景技术

碳纳米管与金刚石、石墨、富勒烯一样，也是碳的一种同素异形体。它是一种呈长管形的管壁分子，一般是由碳原子以六边形的方式排列连接然后卷曲形成的同轴圆管。若圆管只由单层的碳原子组成则称为单壁碳纳米管，当圆管是由多层的碳原子层组成时则称为多壁碳纳米管。碳纳米管具有比表面积大、硬度高和热稳定等特点。此外，由于它是由石墨演化而来的，在其管壁上存在着很多的未成对的自由电子，因此碳纳米管还具有金属的导电性和半导体的性质。虽然从1991年碳纳米管被发现以来，科研工作者对碳纳米管的理化性质进行了很多的研究，但是因为缺乏有效的检测方法，对碳纳米管在水溶液中的光化学性质仍不甚了解。

现行的检测碳纳米管光化学性质的技术主要包括：色谱法、电子自旋共振法（EPR）、化学发光法、电位滴定法。这些方法属于稳态检测技术，其一般原理是检测在光激发待检测的物质发生反应后给周围环境带来的变化，通过检验这种变化间接的证明待检测物质是否具有光催化或者光响应能力。稳态条件下的这些检测方法存在易受周围环境干扰、检验流程复杂、检验精度低、耗时长的缺点。同时，由于碳纳米管不溶于水，且对大部分的自由基又具有很强的捕获能力，现行的稳态条件下的检测方法都无法快速准确的断定碳纳米管在特定的溶液体系中是否具有光响应能力。因此，寻求一种可以简便而可靠的方法来检测碳纳米管的光化学活性显得尤为重要。

瞬态吸收光谱技术（包括激光闪光光解和脉冲辐解技术）无疑是检测短寿命活性粒子的一种有效手段。采用时间分辨的激光闪光光解和脉冲辐解技术，从分子和电子水平入手研究电荷转移过程的微观本质，可以获得用其它方法所无法获得的微观超快反应本质的信息，推动化学和生命科学向动态定量化方向发展。物质受光激发后由基态跃迁至激发态，在其衰减过程中会发生一系列的变化和反应，利用时间分辨的激光闪光光解仪可以观测到这些变化过程中的瞬态光谱。通过时间分辨的吸收和发射瞬态光谱以及相应的动力学衰减曲线可以对反应过程中的激发单重态、三重态分子，自由基和正、负离子等瞬态反应中间体等进行研究（虞群, 叶建平, 寿涵森. 激光闪光光解技术简介。化学通报, 1989, 5, 51-53.）。辐射化学与光化学的初级过程本质是相同的：辐射能或光能传给介质分子后，都可能产生离子、电子、激发分子、自由基等。脉冲辐解水溶液可以使水分子解离产生大量的羟基自由基（·OH），水合电子（e_aq^-）和氢自由基（·H）等活性粒子。通过对实验条件的调控可以控制脉冲辐解的水溶液产生氧化性或还原性环境。其中的活性粒子可与碳纳米管进行作用，生成碳纳米管的阳离子或阴离子自由基，从而为碳纳米管水溶液在激光照射下所产生的瞬态粒子提供佐证。

瞬态吸收光谱技术已被广泛应用于化学和生命科学领域，例如分子内电子（质子）转移、生物分子的光合作用等。由于光吸收技术自身的特性，研究的体系通常为真溶液。对于水不溶性的碳纳米管，研究者采取了对碳纳米管表面进行修饰处理的措施，使之可溶于水，然后再利用瞬态吸收光谱技术进行检测（M. Alvaro, P. Atienzar, P. de la Cruz, J.L. Delgado, H. Garcia, F. Langa. Synthesis and photochemistry of soluble, pentyl ester-modified single wall carbon nanotube. Chemical Physics Letters, 2004, 386, 342-345.），但由此观察到的光化学信号极可能受所引入键合分子或官能团的影响。

发明内容

要解决的问题

针对现行的稳态条件下的检测方法都无法快速准确的判断碳纳米管在特定的溶液体系中是否具有光响应能力的问题，本发明提供了一种利用瞬态吸收光谱技术检测碳纳米管光化学活性的方法，针对碳纳米管这种特殊的碳基纳米材料可以简便、可靠的检测出其在水溶液中的光化学活性粒子，对外界环境的干扰不敏感，前期也不需要对碳纳米管样品进行过多的修饰和处理。

技术方案  

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用瞬态吸收光谱技术检测碳纳米管光化学活性的方法，该方法包括以下步骤：

a. 制备碳纳米管水溶液，碳纳米管水溶液经过超声波处理，静置后取碳纳米管水溶液的上层清液为检测对象；