碳納米管的氧化改性及其熒光傳感性能研究.pdf

1、碳納米管和石墨烯等碳基納米材料除具有納米材料的共同性質(zhì)外，比如:表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，它們還具有獨(dú)特的導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度、大的比表面積和特殊的光學(xué)性質(zhì)，因此近年來(lái)一直受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。碳納米管的分散性問(wèn)題是阻礙其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的首要問(wèn)題，因此對(duì)碳納米管進(jìn)行修飾改性，使其具有良好的分散性能是碳納米管潛在應(yīng)用研究的首要任務(wù)。目前，科學(xué)家們主要通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行物理非共價(jià)修飾和化學(xué)共價(jià)修飾的方法對(duì)其進(jìn)行處理，

2、使之在水中或有機(jī)溶劑中具有較好溶解或者分散的能力。盡管如此，探索進(jìn)一步提高碳納米管分散性能的簡(jiǎn)單有效方法仍然是目前的首要任務(wù)之一，這對(duì)能夠碳納米管的性質(zhì)研究和潛在應(yīng)用有著重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管具有較強(qiáng)的近紅外熒光性能，可廣泛用于生物傳感和生物造影領(lǐng)域。但是，目前碳納米管的可見(jiàn)熒光性能仍然是不清楚的。探索碳納米管的可見(jiàn)熒光性能不僅可以深入了解碳納米管的光譜特性，而且有助于基于碳納米管可見(jiàn)熒光的新型化學(xué)傳感器的開(kāi)發(fā)。
　　

3、本文采用混酸氧化法對(duì)多壁碳納米管和單壁碳納米管進(jìn)行氧化改性，制備得到的氧化碳納米管不僅具有較好的分散性，而且可以表現(xiàn)出較強(qiáng)的可見(jiàn)熒光性能。基于氧化碳納米管的可見(jiàn)熒光性質(zhì)，氧化碳納米管可以用于pH值的響應(yīng)和金屬離子的識(shí)別。本文還系統(tǒng)研究了不同氧化程度的多壁碳納米管的熒光性能及其在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。主要內(nèi)容如下:
　　 1.研究了混酸氧化改性的多壁碳納米管的光學(xué)性質(zhì)及在金屬離子傳感中的應(yīng)用。將純化后的多壁碳納米管用混合濃酸氧化處理，制

4、得氧化改性后的多壁碳納米管，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧化多壁碳納米管在水中具有良好的分散能力，并且分散能力與水溶液的pH值具有相關(guān)性。相比于原始碳納米管，氧化多壁碳納米管具有較強(qiáng)的綠色熒光，并且其熒光強(qiáng)度隨著溶液pH值的增大而增強(qiáng)。基于其可見(jiàn)熒光性質(zhì)，氧化多壁碳納米管還可以用于區(qū)分主族和過(guò)渡金屬離子。
　　 2.研究了混酸氧化改性的單壁碳納米管的光學(xué)性質(zhì)及在金屬離子傳感中的應(yīng)用。提出了一種簡(jiǎn)單有效單壁碳納米管的化學(xué)修飾方法，該方法可以使單壁

5、碳納米管很好地分散于水中，解決了單壁碳納米管在水溶液中的難分散問(wèn)題。進(jìn)過(guò)化學(xué)修飾的單壁碳納米管表現(xiàn)出較好的熒光性能，并且該熒光性能可以對(duì)pH和金屬離子做出很好的響應(yīng)，這為相關(guān)pH和金屬離子熒光傳感器的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，氧化單壁碳納米管還具有新穎的系列持續(xù)自激發(fā)發(fā)射現(xiàn)象，為可調(diào)制的熒光傳感器的開(kāi)發(fā)提供了研究基礎(chǔ)。
　　 3.可調(diào)變的多壁碳納米管和石墨烯納米片可見(jiàn)熒光材料的制備及其對(duì)重金屬離子的識(shí)別研究。采用化學(xué)氧化法對(duì)多壁