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1、功能化碳纳米管修饰电极的研究进展摘 要 综述了碳纳米管自发现以来在分析化学领域中的一些研究成果,重点介绍了碳纳米管的制备、、修饰以及作为一种新材料在分析化学中的应用前景。参考文献40篇。碳纳米管(carbonnanotube,CNT)自问世以来[1,2],由于其独有的结构和奇特的物理、化学特性,成为世界范围内的研究热点之一。其优良特性包括:各向异性、高的机械强度和弹性、优良的导热导电性等。随着CNT的合成技术和纯化方法的不断完善,人们开始把注意力转向应用研究,进行了很多探索。碳纳米管独特的分子结构使它具有显著的电子特
2、性,是构建下一代电子器件和网络颇具吸引力的材料,基于CNT的器件包括:单电子晶体管[3,4]、分子二极管[5,6]、存储元件[7]和逻辑门[8]等;CNT非凡的抗张强度使其可用于制造CNT加强纤维和用作聚合物添加剂[9];在分析化学领域的应用包括制作各种特定用途的生物/化学传感器[10～13]及纳米探针(例如,用作原子力显微镜探针尖,在体检测的生物探针等);高的比表面积和极强的吸附性可使碳纳米管作为储氢、储能材料等等。这一新型材料许多潜在的应用还有待于人们继续发掘。1991年Iijima首先用高分辨透射电境(HRTE
3、M)发现具有纳米尺寸的多层碳纳米管(MWNT)1,1993年又发现了单层碳纳米管(SWNT)2。碳纳米管(carbonnanotube,CNT)是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管,其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。单层和多层碳纳米管是根据碳管壁中碳原子层的数目而分的,各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭,MWNT的层间距一般为0.34nm。因合成条件的不同CNT的内径可控制在10nm左右,外径达几十个纳米,轴向长度却可达几十微米甚至更长,纵横比在100～1000范围间。CNT
4、独特的一维管状分子结构开辟了纳米材料的新领域,人们在不断开发新的合成途径的同时,也在努力挖掘着这一新型材料潜在的应用前景。例如碳纳米管的顶端很锐,有利于电子的发射,可用做电子发射源,推动壁挂电视的发展;碳纳米管还可用做扫描隧道显微镜的探针;极高的机械强度可以使其作为高强度纤维的首选材料;特殊的导电性可以使其应用在电池材料、纳米导线和电门开关中;高的比表面积和极强的吸附性可使碳纳米管作为储氢或储能材料等等。由于CNT独有的结构和奇特的物理、化学特性,成为世界范围内的研究热点之一。但CNT在分析化学中的应用研究相对以上领
5、域而言,似乎起步较晚,为了促进这种新材料在分析化学中的应用,本文从分析的角度总结了CNT的制备、纯化、修饰以及已在分析化学领域的研究情况,旨在促进它在此领域的研究进展。2 碳纳米管的制备方法自发现CNT以来,人们尝试了多种方法进行制备研究,取得了一定的进展。如电弧放电(arcdischarge)3、激光烧灼(laserablation)4、碳氢化合物催化分解(catalyticdecompositionofhydrocarbons)5,6等方法。近来碳氢化合物气相催化分解法备受研究者的青睐,如何获得有效的催化剂,从而
6、方便可控地制得CNT成为研究的热点。Muller7等将Ni(C8H12)2涂覆在石英片上作为催化剂,得到直径大于300nm的CNT;Ruckenstein等8以浸渍法制得的Ni2CePAl2O3催化剂,获得的碳纳米管管径分布较宽;梁奇等9制备了四方结构复合氧化物La2NiO4,并以其为催化剂,甲烷和一氧化碳为碳源,合成出大量高纯度的CNT;梁奇10等又采用CH4PO2氧化还原气氛,利用Ni2Ce催化剂制备出用作锂离子二次电池负极材料的CNT,充放电性能得以提高。在以上许多的制备方法中,有一个共同的特点,即产生小的碳(
7、Cn)组分以使CNT生长,从这一点来看,各种合成方法的区别在于产生碳组分的方法不同。电弧放电和激光烧灼是由电极或靶蒸发产生的碳蒸气;碳氢化合物催化分解法是由碳氢化合物与催化剂相互作用产生的碳蒸气;可以设想CNT的生长不仅来自于碳原子或集合体,而且可以来自碳的自由基CH·3或C2H·5及后续的脱氢反应,类似于金刚石的化学气相沉积。基于此设想,Matveev等11报道了液氨及乙炔电化学合成MWNT的方法,不使用催化剂,温度为233K,是合成CNT方法中温度最低者。最近,范守善12利用硅基质生长出定向有序的碳纳米管阵列,有
8、望应用于平板显示器。王贤宝等13通过高温裂解酞菁金属络合物(FeC32N8H16PYC32N8H16,FePcPYpc)来生长阵列碳纳米管膜。解思深14领导的小组在CNT研究方面取得突破性进展,应用改进后的制备大面积、离散分布的碳纳米管阵列的新工艺,成功的控制了碳纳米管的生长模式,制备的CNT的外径均匀一致,其尺寸范围为20～40nm,CNT的
