[发明专利]一种单壁碳纳米管封装超长线性碳链及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单壁碳纳米管封装超长线性碳链及其制备方法，能制备单壁碳纳米管包覆一维超长线性碳链产品。本发明方法是将具有sp轨道杂化成键的短碳链C_nH₂(polyyne)封装在直径为0.6nm至直径为1.3nm的开口单壁碳纳米管中(SWCNT)，然后在惰性气体或高真空环境中，通过热处理，利用短碳链在单壁碳纳米管限域空间中的融合反应生成超长碳链(LLCC)获得单壁碳纳米管包覆超长线性碳链的方法。本发明方法作为一种高效制备高纯单壁碳纳米管包覆超长线性碳链(LLCC@SWCNT,单壁碳纳米线)的有效手段，填补了一直以来单壁碳纳米线样品空白，将为sp基碳纳米材料的基础和应用研究提供实验材料保证。

技术领域

本发明涉及一种小直径单壁碳纳米管封装超长线性碳链的制备方法。其中单壁碳纳米管直径在0.6～1.3nm，超长线性碳链的碳原子数在五十至数万。

背景技术

现在已知碳元素自然界中有3种电子轨道杂化成键方式，即sp，sp²和sp³轨道杂化成键。由sp²和sp³轨道杂化成键构成的石墨和金刚石已为人们所熟知，然而完全由sp轨道杂化成键构成的物质在自然界中尚未被发现。近年来，随着碳材料研究的深入，关于sp碳材料的研究逐渐成为人们研究的热点，人们把完全由sp轨道杂化成键所构成的物质叫做卡拜(Carbyne)，而构成卡拜的无限长碳原子连成为人们实验制备卡拜的开始，无限长碳链在自然环境下极其不稳定，容易发生交联反应生成sp²转换，人们经过长时间的努力，至今为止只能制备出碳原子数为44个碳原子的碳链，并且两端悬挂较大的官能团来防止发生交联反应。申请人在2003年发现了一种制备碳链的新方法，利用碳纳米管中心空洞的限域效应，将碳链封装在多壁碳纳米管中，从而制备出长度为数十至数千个碳原子的超长碳链，并命名为碳纳米线(Carbon nanowires:CNWs)。

碳纳米线制备现状：

现在人们将碳纳米线分类为：多壁碳纳米管包覆线性碳链(Long linear carbonchain@Multi-walled carbon nanotube:LLCC@MWCNT，多壁碳纳米线),双壁碳纳米管包覆线性碳链(Long linear carbon chain Double-walled carbon nanotube:LLCC@DWCNT，双壁碳纳米线)及单壁碳纳米管包覆线性碳链(Long linear carbon chain Single-walledcarbon nanotube:LLCC@SWCNT，单壁碳纳米线)。到目前为止，多壁碳纳米线和双壁碳纳米线已经通过多种方法制备完成，只有单壁碳纳米管包覆超长碳链，即单壁碳纳米线样品大量制备尚未实现。因此制备出单壁碳纳米管封装超长碳链已经成为迫切需要，对sp基碳纳米材料的基础和应用研究起着至关重要的作用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种单壁碳纳米管封装超长线性碳链及其制备方法，能实现高效制备高纯单壁碳纳米管包覆超长线性碳链，完善了碳纳米线的种类。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单壁碳纳米管封装超长线性碳链的制备方法，包含以下步骤：

a.开口单壁碳纳米管制备：

将直径为0.6～1.3nm的单壁碳纳米管在含氢混合气体中或在干燥空气中进行开口处理，得到开口单壁碳纳米管；

b.短碳链制备：

采用电弧法或激光烧蚀法，制备较短的线性碳链分子C_nH₂，其中n为碳原子数，n的取值为6～40，得到短碳链；

c.封装处理：