[發明專利]碳納米管的還原性官能化

無效

• 申請號: 200580011544.7
• 申請日: 2005-03-11
• 公開（公告）號: CN101287678A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: W·E·畢魯普斯;A·K·薩達納;梁楓;R·H·霍格
• 申請（專利權）人: 威廉馬歇萊思大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沙永生

本發明在授權號為N00014-01-1-0789的Office?of?Naval?Research支持下完成。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2004年3月12日提交的美國臨時申請序列號60/552550和于2004年9月17日提交的60/611045的優先權。

發明領域

本發明一般涉及碳納米管，具體涉及通過還原途徑衍生碳納米管的方法。

發明背景

碳納米管(CNT，aka富勒烯管)是納米級碳結構，其包含本身在概念上卷起并且其端部被富勒烯蓋封閉的石墨烯(graphene)片。單壁碳納米管(SWNT)包括僅一個這種石墨烯柱，而多壁納米管由兩個或更多個以類似于俄羅斯嵌套玩偶的方式一個套另一個的同心石墨烯層制成。自從在1993年首次制備SWNT(Iijima等，Nature，1993，363，603；Bethune等，Nature，1993，363，605；Endo等，Phys.Chem.Solids，1993，54，1841)以來，由于它們獨特的機械、光學、電子和其它性質，人們對SWNT進行了廣泛的研究。例如，SWNT杰出的拉伸強度使它們可用于加強纖維和聚合物納米復合物(Zhu等，Nano?Lett.2003，3，1107及其參考文獻)。對于CNT的其它已有和潛在的應用，參見Baughman等，Science，2002，297，787-792。

SWNT通常可以自組裝到集合體或束中，其中可有高達數百的納米管通過范德華力被約束在一起。對于許多應用，包括生物醫藥應用，從這些納米管束中分離出單個納米管是非常重要的。這種分離提高了納米管在常用有機溶劑和/或水中的分散性和溶解性，這兩種性質是對它們進行處理和操作必需的。SWNT表面的共價改性通過提高納米管的溶解度/可懸浮性和可加工性通常有助于解決此問題。雖然納米管端部的化學官能化一般不會改變這些材料的電子性質和體相性質，但是側壁官能化可以明顯改變納米管的內在性質(Chen等，Science，1998，282，95-98；Mickelson等，Chem.Phys.Lett.，1998，296，188-194)，并且通常對納米管的溶解度/可懸浮性有更深入的影響(Boul等，Chem.Phys.Lett.，1999，310，367-372)。但是，該化學新領域中已經證明的結果的范圍是有限的，主要是因為目前納米管的成本較高。

SWNT側壁改性中面臨的其它挑戰涉及它們較差的活性-主要是由于所述納米管壁的曲率相對于活性更高的富勒烯來說要低得多((M.S.Dresse-lhaus，G.Dresselhaus，P.C.Eklund，Science?of?Fullerenes?and?CarbonNanotubes，Academic?Press，San?Diego，1996，第1卷)，以及由于石墨烯壁連接的官能團數目和大小增加時管式結構內的生長應變。所有構成納米管骨架的碳原子的sp²鍵態使得主要發生加成類型的反應。這些反應最典型的例子包括由重氮鹽產生的氮賓、偶氮甲堿內鎓鹽和芳基加成到SWNT上(V.N.Khabashesku，J.L.Margrave，Chemistry?of?Carbon?Nanotubes?inEncyclopedia?of?Nanoscience?and?Nanotechnology，Ed.H.S.Nalwa，AmericanScientific?Publishers，2004；Bahr等，J.Mater.Chem.，2002，12，1952；Holzinger等，Angew.Chem.Int.Ed.，2001，40，4002)。其它報導的SWNT的側壁官能化涉及有機基(Peng等，Chem.Commun.，2003，362；Ying等，Org.Lett.，2003，5，1471；Peng等，J.Am.Chem.Soc.，2003，125，15174)和Bingel反應(Coleman等，J.Am.Chem.Soc.，2003，125，8722)。另外，已有報導在Birch還原條件下發生氫加成到SWNT側壁的反應(Pekker等，J.Phys.Chem.B，2001，105，7938)。