[發明專利]一種碳納米管限域組裝分子團簇及其選擇性分離的方法與應用

有效

• 申請號: 202110070448.0
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112830477B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 楊烽;楊旭升;李彥
• 申請（專利權）人: 南方科技大學;北京大學深圳研究院
• 主分類號: C01B32/172
• 分類號: C01B32/172;C01B32/159
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉方

本發明公開了一種碳納米管限域組裝分子團簇及其選擇性分離的方法與應用，所述團簇溶液中的團簇選自雜多酸、金屬團簇、金屬有機框架中的至少一種。該選擇性分離的方法包括以下步驟：(1)取團簇溶液和碳納米管，混合均勻得到組裝溶液，所述團簇溶液中的團簇選自雜多酸、金屬團簇、金屬有機框架中的至少一種；(2)對所述組裝溶液進行離心后取固體，然后對所述固體進行洗滌和干燥。本發明利用不同團簇的氧化還原性質和尺寸效應，對碳納米管的電子結構進行調節，通過電子轉移有效的調控碳納米管的電子結構以及管間的相互作用，從而實現選擇性的結構拆分，進而獲得單根分散的碳納米管分散液。

技術領域

本發明涉及碳納米管技術領域，尤其是涉及一種碳納米管限域組裝分子團簇及其選擇性分離的方法與應用。

背景技術

碳納米管(Carbon?Nanotube，縮寫為CNT)是在1991年由日本筑波NEC實驗室的物理學家飯島澄男使用高分辨透射電子顯微鏡從電弧法生產碳纖維的產物中發現的。它是一種管狀的碳分子，管上每個碳原子采取sp²雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結構作為碳納米管的骨架。每個碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛π電子云。按照管子的層數不同，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳管管徑范圍約0.5-3nm。單壁碳納米管的手性指數(n，m)決定其電學性能等性質，當n-m≠3a(a＝N)時，碳納米管為半導體性單壁碳納米管；反之則為金屬性。一般的單壁碳納米管樣品中含有66％半導體性單壁碳納米管，33％金屬性單壁碳納米管。半導體性單壁碳納米管被視為未來制造高性能碳基芯片的重要材料。但是直接制備出的碳納米管粉末均以束的形式存在，難以直接用于制造器件，通常需要單根分散的半導體性單壁碳納米管。

近年來人們發展了許多選擇性分散和分離半導體性單壁碳納米管的方法，例如：密度梯度離心法、凝膠柱色譜、離子交換色譜、介電泳、雙水相萃取、高分子聚合物分散、超酸等。但是，這些方法還存在一定局限性，例如無法進行工業化制備、對儀器要求高、需要復雜的高分子等。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種碳納米管限域組裝分子團簇及其選擇性分離的方法與應用，利用團簇對碳納米管進行組裝形成碳納米管限域組裝分子團簇，從而實現選擇性的結構拆分，進而獲得單根分散的碳納米管溶液。

本發明的第一方面，提供團簇溶液在分離碳納米管中的應用，所述團簇溶液中的團簇選自雜多酸、雜多酸鹽、金屬團簇、金屬有機框架中的至少一種。

根據本發明的一些實施例的應用，所述雜多酸為H₃PW₁₂O₄₀，所述雜多酸鹽為K₆P₂W₁₈O₆₂。

根據本發明的一些實施例的應用，所述團簇溶液中的溶劑選自水、乙醇、甲苯、二甲苯、氯仿、四氫呋喃中的任一種。使用的溶劑可以是水、甲苯等可以溶解團簇的物質。

本發明實施例使用的團簇可由一種或多種金屬或非金屬元素組成，如氫(H)、氮(N)、磷(P)、硫(S)、氧(O)、碳(C)、硼(B)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉑(Pt)、銠(Rh)、釕(Ru)、金(Au)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉻(Cr)、釩(V)等。所述團簇具有特殊的氧化還原性質或是酸堿性，其尺寸大小不局限于碳納米管的尺寸，只要可以與其發生相互作用進行影響即可，大小范圍可從0.3nm～40nm。

本發明的第二方面，提供一種碳納米管限域組裝分子團簇，由團簇與碳納米管組裝構成，所述團簇選自雜多酸、雜多酸鹽、金屬團簇、金屬有機框架中的至少一種。