[发明专利]一种单壁碳纳米管的分散方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单壁碳纳米管的分散方法，具体涉及一种通过聚合物和CO₂气体分散单壁碳纳米管的方法，属于碳纳米管分散技术领域。

背景技术

碳元素存在着众多同素异形体，除了众所周知的金刚石、石墨之外，富勒烯、碳纳米管以及石墨烯，由于其在结构、机械、电子等方面的独特性质，都已成为纳米科技的“宠儿”。其中，碳纳米管在纳米电子学和光电子学、真空电子学、高强度复合材料、纳米医学与药物传输、传感器与制动器、纳米级模板与通道、光学元件、导热材料等方面都展现出了非常广阔的应用前景。

然而，由于碳纳米管受到范德华力的吸引和疏水相互作用的影响，而很容易聚集在一起，使得碳纳米管在各种常见溶剂，尤其是水中的溶解性不佳，从而严重的限制了它们在常见溶剂中的分散，而极大地限制了它们的应用。碳纳米材料的分散性的研究，对包括生物相容性运输、药物运输系统以及光学传感器等方面的应用都具有非常重要的意义。为了解决这个问题，人们常常通过共价修饰或非共价修饰的化学修饰的方法来改善碳纳米管的分散情况。其中，非共价修饰由于可以避免干扰碳纳米材料的内在特性，而受到了越来越多的研究者的青睐。

发明内容

本发明的目的是提供一种单壁碳纳米管的分散方法，本发明中单壁碳纳米管通过聚合物在有机溶剂中进行分散，通过聚合物和CO₂气体在水中进行分散，且通过本发明方法分散得到的单壁碳纳米管(SWNTs)不会发生团聚，可以均匀分散。

本发明提供的式Ⅰ所示聚合物，

式Ⅰ中，i为20～150之间的自然数。

其中，i具体为22～25、22、23或25。

本发明同时提供了上述式Ⅰ所示聚合物的制备方法，包括如下步骤：

式Ⅰ中，i为20～150之间的自然数；

(1)在碱的催化下，1-芘甲醇与溴代异丁酰溴经亲核取代反应得式Ⅱ所示化合物；

(2)在CuBr和N,N,N',N',N″-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)催化的条件下，以式Ⅱ所示化合物作为引发剂，引发甲基丙烯酸二乙氨基乙酯(DEAEMA)进行原子转移自由基聚合(ATRP)，即得式Ⅰ所示聚合物。

本发明式Ⅰ所示聚合物的制备流程图如图2所示，具体采用原子转移自由基聚合(ATRP)合成了含有芘基团的式Ⅰ所示聚合物(Py-PDEAEMA)，式Ⅱ所示化合物简写为Py-ATRP。

上述制备方法所制备的式Ⅰ所示聚合物中，i具体为22～25、22、23或25。

上述制备方法，步骤(1)中，所述碱为三乙胺、吡啶和N,N-二异丙基乙胺中任一种；

所述1-芘甲醇与所述溴代异丁酰溴的摩尔比可为1：1.2～5，具体可为1：3；

所述碱与所述溴代异丁酰溴的摩尔比为1：1；

所述亲核取代反应的反应时间为0.5天～5天，具体可为0.5天～2天、0.5天～1天、1天～2天、0.5天、1天和2天；反应温度为10℃～35℃，具体可为25℃。

上述制备方法，步骤(2)中，所述CuBr与式Ⅱ所示化合物的摩尔比为1：1；

所述N,N,N',N',N″-五甲基二亚乙基三胺与式Ⅱ所示化合物的摩尔比为1：1；

所述原子转移自由基聚合的反应温度可为60℃～100℃，具体可为70℃～90℃、70℃～80℃、80℃～90℃、70℃、80℃或90℃；

所述原子转移自由基聚合的反应时间可为6h～24h，具体可为10h～16h、10h～12h、12h～16h、10h、12h或16h。

本发明进一步提供了式Ⅰ所示聚合物在分散单壁碳纳米管中的应用。

本发明进一步提供了单壁碳纳米管的分散方法，包括如下步骤：式Ⅰ所示聚合物和单壁碳纳米管在有机溶剂中进行混合，即实现所述单壁碳纳米管在有机溶剂中的分散；

式Ⅰ中，i为20～150之间的自然数。

上述分散方法主要利用式Ⅰ所示聚合物中的芘基团作为聚合物和单壁碳纳米管(SWNTs)连接的媒介(如图1所示)，式Ⅰ所示聚合物中的芘基团可以通过π-π作用与碳纳米管结合在一起。由于式Ⅰ所示聚合物可以在有机溶剂中溶解，所以复合了该聚合物的SWNTs在有机溶剂中可以得到充分的分散；

式Ⅰ所示聚合物中，i具体为22～25、22、23或25。