高純少壁碳納米管的功能化及其光電應(yīng)用.pdf

1、隨著納米光電子學(xué)研究的深入，特殊功能的納米復(fù)臺光電材料已逐漸成為研究熱點(diǎn)。由于具有大的共軛體系，碳納米管(CNTs)在高速低耗的光電子器件、光伏電池等方面具有應(yīng)用前景。通過多種功能化和分析方法研究不同結(jié)構(gòu)碳納米管的光電性質(zhì)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價值的重要途徑。本文以單壁CNTs(SWNT)和少壁CNTs(FWNT)為研究對象，研究其制備和室溫純化，功能化及其各項(xiàng)光電性質(zhì)，為其進(jìn)一步在納米光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)。
　　 以液相室溫

2、氧化法對氣相沉積法(CVD)法制備的FWNT粗產(chǎn)物進(jìn)行純化，透射電鏡(TEM)顯示粗產(chǎn)物在H2O2中緩慢氧化1w后可得到產(chǎn)率為10％高純FWNT。拉曼光譜和熱失重分析表明H2O2可以選擇性地去除產(chǎn)物中的碳雜質(zhì)，但不會破壞FWNT的管壁和化學(xué)結(jié)構(gòu)。選擇CNTs和Na2PdCl4的質(zhì)量比為1：4，得到金屬鈀納米粒子(平均粒徑為7.3nm)表面修飾的SWNT和FWNT。與純CNTs相比，SWNT/Pd NPs和FWNT/Pd NPs薄膜的導(dǎo)電

3、率分別提高了近5倍和2倍。分離結(jié)果顯示鈀納米粒子更傾向于選擇性地附著在金屬態(tài)SWNT表面。通過N-取代共價鍵合方法制備3,4,9,10-N,N'-甲基芘-苝酰亞胺(PDI-PY)，利用芘和CNTs之間的π-π共軛吸附作用，合成了高效寬譜吸收的PDI-PY/CNTs復(fù)合體。通過PDI-PY與SWNT的選擇性非共價功能化，能有效地分離金屬態(tài)和半導(dǎo)體態(tài)SWNT。
　　 通過HNO3質(zhì)子化獲得具有一系列高導(dǎo)電FWNT透明薄膜，以此為電極

4、制備結(jié)構(gòu)為FWNT/P3HT：PCBM/Al的有機(jī)光伏電池。結(jié)果顯示最佳光伏器件(FWNT薄膜T=70％，Rs=86Ω/□)的光電轉(zhuǎn)換效率為0.61％，與以ITO為電極的相同電池的轉(zhuǎn)換效率(0.68％)相近。所得到的三維網(wǎng)狀FWNT薄膜易于導(dǎo)電聚合物的交叉滲入，有利于光伏性能的提高。通過共價鍵合法制備三種具有不同電子推拉結(jié)構(gòu)的偶氮苯生色團(tuán)-CNTs復(fù)合體(SWNT-AZO-NO2、FWNT-chain-AZO、MWNT-AZO-NH2)

5、。偶氮苯與CNTs共軛體系的相互作用導(dǎo)致SWNT-AZO-NO2和MWNT-AZO-NH2中的偶氮苯生色團(tuán)的吸收峰發(fā)生了藍(lán)移和紅移，在紫外光誘導(dǎo)下，與SWNT-AZO-NO2和MWNT-AZO-NH2相比，碳納米管和偶氮苯之間的長烷基鏈導(dǎo)致FWNT-chain-AZO呈現(xiàn)出快速敏感的光響應(yīng)特性，偏振光初步結(jié)果顯示偶氮苯基團(tuán)的光致取向作用使MWNT-AZO-NH2薄膜呈現(xiàn)各向異性，碳納米管在與入射偏振光平行的方向上有序程度提高并發(fā)生定向排