單壁碳納米管的有機(jī)功能化修飾及其在光電轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái),碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),機(jī)械性能和電學(xué)性能,引起廣泛的關(guān)注。對(duì)碳納米管進(jìn)行化學(xué)功能化修飾,為構(gòu)建以碳納米管為基礎(chǔ)的材料和器件,如太陽(yáng)能電池,提供了新的條件。 目前,碳納米管的功能化修飾都采用傳統(tǒng)的化學(xué)技術(shù),如回流和超聲,這些過(guò)程都很耗時(shí)。本論文研究了利用微波輔助過(guò)氧化物分解,得到烷基和苯基來(lái)共價(jià)修飾單壁碳納米管(SWNTs)。這種快速、高效的方法將反應(yīng)時(shí)間縮短至10分鐘,并得到了比傳統(tǒng)回流方法具有更高接枝率的產(chǎn)物。還利用

2、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR),熱失重分析(TGA),拉曼光譜,探究了不同微波功率和反應(yīng)時(shí)間對(duì)SWNTs的接枝率的影響。分散性照片和高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)照片顯示出,功能化后的SWNTs比原始的碳管相比,在有機(jī)溶劑中的分散性有了明顯的提高。 還探討了利用咪唑衍生物,通過(guò)重氮化反應(yīng)對(duì)SWNTs進(jìn)行共價(jià)功能化修飾。利用FT-IR、拉曼光譜、紫外可見吸收光譜(UV/Vis)、TGA分析、x射線能量發(fā)射光譜、HRTEM和

3、原子力顯微鏡對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。電化學(xué)測(cè)試-循環(huán)伏安法研究表明,在咪唑衍生物修飾的SWNTs中,咪唑衍生物基團(tuán)和SWNTs之間存在著微弱的電荷轉(zhuǎn)移作用。 研究了原始碳納米管和功能化后的碳管(如:SWNTs、四辛基溴化氨/SWNTs、十二烷基硫酸鈉/SWNTs、四辛基溴化氨/多壁碳納米管、4-羥基香豆素/SWNTs、四苯基卟啉/SWNTs、十一烷基化SWNTs和苯基化SWNTs)在直流電場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,結(jié)合TGA分析、掃描電子

4、顯微鏡和UV/Vis吸收光譜研究表明SWNTs上p電子在管內(nèi)外分布不均勻,SWNTs管外相對(duì)于管內(nèi)顯一定的負(fù)電性。這使得SWNTs在直流電場(chǎng)下極化,排列組裝成陣列式的管束,并向正極移動(dòng)。在低電壓(50V)下,分散體系中的SWNTs都向正極移動(dòng),這為設(shè)計(jì)SWNTs薄膜提供了一種簡(jiǎn)易的方法一電泳沉積。在高電壓(200V)下,SWNTs管束伸向溶液中,并垂直與電極表面。研究還表明質(zhì)子化有助于光敏試劑與SWNTs的吸附,在一定的程度上可以提高光