[发明专利]一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，属于碳纳米材料技术领域。所述制备方法包括以下步骤：(1)将单壁碳纳米管和多巴胺盐酸盐加入到Tris‑HCl缓冲液中，置于黑暗环境中反应，过滤，得到聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管分散在浓硫酸中，加入磷酸，升温，加入高锰酸钾，反应完成后冷却至室温，加入双氧水，过滤，水洗至中性，得到解链单壁碳纳米管；(3)将步骤(2)得到的解链单壁碳纳米管焙烧，焙烧产物用盐酸溶液超声处理，过滤，加入碘化氢溶液进行还原反应，反应后过滤，制得石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，特别涉及一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法。

背景技术

随着电子器件微型化的发展，硅基半导体器件已渐近其材料与物理极限。碳基分子器件逐渐被认为是取代硅基电子器件的最佳选择。新型碳基材料如石墨烯，碳纳米管等因其优良物理性能正成为制造下一代新型电子器件材料的主力军。近年来，关于石墨烯和碳纳米管的复合材料越来越受到关注，因为它不仅具有石墨烯和碳纳米管各自的各种优良特性，还表现出石墨烯和碳纳米管所不具备的优异物理化学性能，并已可成功应用于电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器等领域。

石墨烯纳米带(GNR)单壁碳纳米管(SWCNT)分子内异质结，由于异质结独特的光电特性使其在未来具有众多潜在应用，因此已被广泛研究。GNR是一种对宽度和边缘严重依赖的材料，根据宽度和边缘，GNR既可以是金属性的，也可以是半导体性的。根据手性的不同，SWCNT既可以是金属性的，也可以是半导体性的。这种灵活的可调性使得由SWCNT与GNR组成的异质结在器件领域有着良好的应用。

现有的制备GNR的方法包括插层剥离解链碳纳米管法、化学侵蚀解链碳纳米管法、声化学解链碳纳米管、等离子刻蚀解链碳纳米管法、电化学刻蚀解链碳纳米管和过渡金属催化解链碳纳米管法等。其中等离子刻蚀解链碳纳米管法、电化学刻蚀解链碳纳米管和过渡金属催化解链碳纳米管法步骤复杂，对设备的要求高；插层剥离解链碳纳米管法、化学侵蚀解链碳纳米管法和声化学解链碳纳米管虽然对于设备要求不高，但是制备的GNR存在各种缺点，例如插层剥离解链碳纳米管法和化学侵蚀解链碳纳米管法会破坏GNR的结构，导致其电性能降低，声化学解链碳纳米管虽然制备出的GNR性能较高，但产率极低，仅为2％左右；且目前的制备方法中，仅有过渡金属催化解链碳纳米管法能够控制碳纳米管的解链程度。因此，提供一种方法简单，且能够控制解链程度的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，对于本领域而言具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，通过简单的方法制备出解链程度可控的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结，制备过程中对设备要求低，便于该制备方法的推广和应用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明的技术方案之一：提供一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单壁碳纳米管和多巴胺盐酸盐加入到Tris-HCl缓冲液中，置于黑暗环境中反应，过滤，得到聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管；

(2)将步骤(1)制得的聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管分散在硫酸溶液中，加入浓磷酸，升温，加入高锰酸钾，反应完成后冷却至室温，加入双氧水，过滤，水洗至中性，得到解链单壁碳纳米管；

(3)将步骤(2)得到的解链单壁碳纳米管焙烧，焙烧产物用盐酸溶液超声处理，过滤，加入氢碘酸溶液进行还原反应，反应后过滤，制得石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结。