修饰碳纳米管的方法

摘要

本发明提供一种修饰碳纳米管的方法，通过聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)，PEDOT-PSS)高分子水溶液与碳纳米管混合，将其加热至30～60℃并超声振荡1～24小时，使得碳纳米管表面被聚二氧乙基噻吩及聚对苯乙烯磺酸双重修饰。本发明通过PSS在水中缠绕包覆于碳纳米管表面，PEDOT在PSS水溶液中与碳纳米管产生非共价键作用，使得碳纳米管在PEDOT和PSS双重修饰作用下，其溶解性得到显著改善。

权利要求

1.一种修饰碳纳米管的方法，包括以下步骤：按重量份将1份碳纳米管与10～100份30～70％聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸高分子水溶液混合；

加热至30～60℃，并超声振荡1～24小时，使得碳纳米管表面被聚二氧乙基噻吩及聚对苯乙烯磺酸双重修饰。

2.如权利要求1所述修饰碳纳米管的方法，进一步包括一分离步骤，将被修饰的碳纳米管从水溶液中分离出来。

3.如权利要求2所述修饰碳纳米管的方法，其特征在于，所述分离采用离心机分离，热蒸发或过滤的方法分离。

4.如权利要求1所述修饰碳纳米管的方法，其特征在于，所述聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸在水溶液中的结构式为：

其中，n为重复单元数，其取值范围为5～5000。

5.如权利要求1所述修饰碳纳米管的方法，其特征在于，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管及多壁碳纳米管。

6.如权利要求1所述修饰碳纳米管的方法，其特征在于，所述碳纳米管是由电弧放电法、激光消熔法或化学气相沉积法所制备的。

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种修饰碳纳米管的方法。

【背景技术】

碳纳米管是1991年由日本科学家Iijima教授发现的一种新型纳米材料，是由石墨烯片层卷成的管体。碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

因碳纳米管在机械、电子、物理、化学等方面具有优异的性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、高容量储氢能力及吸附能力、场致电子发射性能、定向导热性能以及较强的宽带电磁波吸收特性等，使得碳纳米管受到物理、化学及材料科学等领域以及高新技术产业部门的极大重视，同时促进碳纳米管的广泛研究与实际应用。目前，碳纳米管的制备方法主要有电弧放电法、激光消熔法、以及化学气相沉积法等。但是，这些方法所制备的碳纳米管，通常并不溶于水及常用有机溶剂，其在水或常用有机溶剂中往往聚集于一起，难以分散，很大程度上限制其应用。

碳纳米管的溶解性研究是纳米应用研究中的一个重要课题。自1998年起，碳纳米管的溶解性研究已逐渐展开。A.G.Rinzler等人在APPL.Phys.A 67，29-37(1998)，“Large-scale purification of single-wall carbon nanotubes：process，product，and characterization”一文中揭露通过强氧化酸氧化处理碳纳米管，增加其在水中的分散能力。但是，此方法通过简单的氧化处理，并不能有效地改善碳纳米管的溶解性。

有鉴于此，有必要提供一种修饰碳纳米管的方法，其可显著改善碳纳米管的溶解性，以利于碳纳米管的应用。

【发明内容】

以下将以实施例说明一种修饰碳纳米管的方法，其可显著改善碳纳米管的溶解性。

一种修饰碳纳米管的方法，包括以下步骤：按重量份将1份碳纳米管与10～100份30～70％聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)高分子水溶液混合；将上述混合溶液加热至30～60℃，并超声振荡1～24小时，使得碳纳米管表面被聚二氧乙基噻吩及聚对苯乙烯磺酸双重修饰。

所述碳纳米管包括单壁碳纳米管及多壁碳纳米管。

所述碳纳米管是由电弧放电法、激光消熔法或化学气相沉积法所制备的。

与现有技术相比，所述修饰碳纳米管的方法，通过同时具有共轭导电高分子PEDOT及水溶性聚合物PSS的PEDOT-PSS高分子水溶液修饰碳纳米管，PSS在水中包覆于碳纳米管表面，PEDOT在PSS水溶液中与碳纳米管产生非共价键作用，碳纳米管于PEDOT与PSS共同修饰作用下，其溶解性得到显著改善。

【附图说明】

图1是本发明实施例中被聚二氧乙基塞吩与聚对苯乙烯磺酸双重修饰的碳纳米管结构示意图。

【具体实施方式】

本发明实施例所提供的修饰碳纳米管的方法，其包括以下步骤：

首先，按重量份将1份碳纳米管与10～100份30～70％聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)高分子水溶液混合；

然后，将上述混合溶液加热至30～60℃，并超声振荡1～24小时，使得碳纳米管表面被聚二氧乙基噻吩及聚对苯乙烯磺酸双重修饰。

本实施例的具体步骤如下：

(1)、将2克(g)干燥碳纳米管与200毫升(mL)浓度为50％的聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)高分子水溶液混合。其中，所述碳纳米管可为电弧放电法、激光消熔法或化学气相沉积法所制备的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，本实施例中，所述碳纳米管是采用化学气相沉积法所制备的多壁碳纳米管。所述聚二氧乙基噻吩-聚对苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)的商品名为BAYTRONRP，其在水溶液中的结构式为：

其中，n为重复单元数，其取值范围为5～5000。

(2)、将(1)中所得的混合溶液加热至30～60℃，并超声振荡1～24小时，使得碳纳米管表面被聚二氧乙基噻吩及聚对苯乙烯磺酸双重修饰。PSS在水中包覆于碳纳米管表面，PEDOT在PSS水溶液中与碳纳米管产生非共价键作用，从而使碳纳米管均匀有效分散于水中。

进一步，还可采用离心机、热蒸发或过滤的方法，将被修饰的碳纳米管从水溶液中分离出来。本实施例中，采用离心机分离方法将被修饰的碳纳米管从水溶液中分离出来。

图1是本实施例中被聚二氧乙基噻吩(PEDOT)与聚对苯乙烯磺酸(PSS)双重修饰的碳纳米管结构示意图，其中，聚二氧乙基噻吩14与碳纳米管12产生共价键结效果，聚对苯乙烯磺酸16缠绕包覆于碳纳米管12表面，形成被聚二氧乙基噻吩14与聚对苯乙烯磺酸16双重修饰的碳纳米管结构10。

本实施例所述修饰碳纳米管的方法，通过同时具有共轭导电高分子PEDOT及水溶性聚合物PSS的PEDOT-PSS高分子水溶液修饰碳纳米管，PSS在水中包覆于碳纳米管表面，PEDOT在PSS水溶液中与碳纳米管产生非共价键作用，碳纳米管于PEDOT与PSS共同修饰作用下，其溶解性得到显著改善。