氨基酸在单壁碳纳米管上的吸附分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：矗郦龛斫a签字日期：砒年，，月坶日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权苤盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查

2、阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者主名：1：铆龟沂a聊签名：磊绀导师签名：∥了对叮签字日期：渺年『f月冲日签字日期：2p舒年l，月坼同天津大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论随着生物科学的发展，目前关于蛋白质和核酸等生物大分子的吸附及其作用的研究很多，但由于生物大分子的结构比较复杂，很难从微观上解释其与载体的相互作用及变化机制。氨基酸是组成蛋白质和核酸等生物大分子的基本结构单元，因此从氨基酸这样的简单分子入手，研究氨基酸和单壁碳纳米管之间的相互作用，能够帮助从本质上理解生物

3、大分子的吸附性质和作用机理，对单壁碳纳米管在生物传感器等方面的研究具有重大的意义。1．1．碳纳米管简介1985年，英国科学家Kroto和美国科学家Smalley和Curl【11采用激光蒸发石墨的方法得到了碳的团簇，对产物进行质谱分析过程中意外地发现碳原子一种新颖的排列方式：60个碳原子排列在一个截角二十面体的60个顶点上，构成直径O．7nm的中空球，这个球状分子称C60分子。C60分子中碳．碳键能低于石墨中碳．碳键能，稳定的C60分子在空间紧密排列构成C60晶体。这种特殊结构的分子称为富勒烯。由于富勒烯奇特的结构和性质，引发了科技工作者的研究热潮。球状

4、或椭球状的C70、C76、C78等相继被发现，构成球烯一族。1991年，日本电子公司(NEC)的IOima博士[2】在用电子显微镜观察石墨电极直流放电的产物时，发现一种新的碳结构——碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)，也称巴基管。自此开辟了碳科学发展的新篇章，也把人们带入了纳米科技的新时代。1993年IOima博士【3】又发现单壁碳纳米管。富勒烯、碳纳米管、石墨和金刚石都是碳家族的成员。富勒烯是零维，碳纳米管是一维，而石墨是二维，金刚石为三维。图1．1给出了富勒烯、碳纳米管、石墨和金刚石的结构模型。从空间结构看，每个富勒烯可以认为是一

5、个分子，它能形成分子晶体，而碳纳米管是由典型的石墨层卷曲闭合形成的管状结构。一个独立的碳纳米管不像一个分子，更像是一个碳纤维。碳纳米管能排列成各种不同的几何结构，有时还能表现出一些意想不到的化学性质。尽管富勒烯、石墨和碳纳米管之间有一些共同的化学特征，但碳纳米管的化学性质与富勒烯、石墨有很多重要区别，碳纳米管是具有高长径比的管状物质，其管内空腔体积比富勒烯大得多。天津大学硕士学位论文第一章绪论国‘囝金刚石石墨碳纲米誓图1．1富勒烯、碳纳米管、石墨和金刚石的结构模型Fig．1-lStructureModelof'Fullerenes、CNTs、Graph

6、iteanddiamondEbbesen[4]给碳纳米管的定义是：由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管。图1．2是碳纳米管形成示意图。由sp2杂化的碳构成弯曲晶面，最短的碳．碳键长0．142nm，长径比约为100．1000。理论计算表明，碳纳米管的能量略高于富勒烯，稳定性与石墨相当，套管间结合能约为石墨层间结合能的80％。圆柱形多层碳纳米管由几个到几十个单层同轴套构成，相邻管间距为O．34am左右，接近石墨层间距0．335am。碳原子的六角形排列和碳层间距反映出碳纳米管保留了石墨特征。碳纳米管根据形成的层数多少分为单壁碳纳米管(Single．wall

7、edCarbonNanotubes，简称SwNTs)和多壁碳纳米管(Multi．walledCarbonNanombcs，简称MWNTs)两类。SWNTs被认为是CNTs的基本结构，是形成CNTs有序结构的基础。SWNTs的直径一般在0．4"--5nm，一般认为，SWNTs直径大于6nm就特别不稳定，容易发生结构的塌陷。SWNTs的长度则可达几百纳米到几十微米。MWNTs的直径可以达到100rim左右，层间距约为0．34nnl，外径在几个纳米到几百纳米，而已发现的最小内径为0．4nm[4】。MWNTs的长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。无论是MWN

8、Ts还是SWNTs都具有很高的长径比，一般为100--一1000，有的甚至可达1000"100