碳纳米管表面修饰基团的定量方法研究

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1、山东人学硕十学位论文CNl’SSⅥNTSMWNTsf．MWNTs缩略语碳纳米管单壁碳纳米管多壁碳纳米管功能化修饰的多壁碳纳米管CNT-COOH羧基化碳纳米管C60-COOHTyr-Fmoc羧基化C60Fmoc保护的酪氨酸MWNT-肌Fmoc氨基化多壁碳纳米管原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明

2、的法律责任由本人承担。论文作者签名：至菱El期：型壁．牛型关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：垃导师签名：阜骐日期：．趔山东大学硕ij学位论文中文摘要碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)自1

3、991年被发现以来，由于其独特的结构及物理化学性质，迅速成为化学、物理学、生物学及材料科学等领域的研究热点。目前人们在碳纳米管的制备技术、化学物理修饰、形态表征及应用等方面取得了巨大进展。尽管在碳纳米管的定性表征方面发展了许多成熟的技术，如TEM、SEM、AFM、RamRll等，然而对其表面修饰集团的定量分析却大大滞后，目前已公开报道的文献较少且大多局限于结构单一的单壁碳纳米管(SWNTs)，对多壁碳纳米管(MWNTs)相关领域的系统研究还未见有报道。本论文首先合成了三取代的羧基化C60及羧基化、氨

4、基化两种多壁碳纳米管，然后用三种方法(酸碱滴定、重量法和脱Fmoc方法)系统地对碳纳米管表面修饰集团进行了定量分析的研究，比较了各种方法的准确性、精密度和误差因素。酸碱滴定的方法从19世纪60年代以来被多次应用到各种碳材料表面羧基含量的测定，这些碳材料表面羧基含量不定，无法用它们验证该方法的准确性和可行性。本论文改进了Hu等人(见参考文献82)用于测定单壁碳纳米管表面羧基含量的酸碱滴定方法，不仅将其应用于多壁碳纳米管的羧基定量分析，还将这种改进的方法首次应用于三取代的羧基化C60(表面羧基含量确定，

5、理论上每个球体含有六个羧基基团)表面羧基的定量分析，在误差允许范围内分析结果与理论值一致，从而验证了改进方法的可行性和准确性。本论文还进一步建立了测定碳纳米管表面总酸含量的方法，将羧基含量的测定扩展到由羧基、内酯和羟基等组成的总酸含量的测定。本论文通过将酸碱滴定方法应用于测定多种不同酸化方法得到的羧基化碳纳米管表面羧基的含量，从而比较了不同方法对碳纳米管的酸化效果。此外还进行了短时间碱处理的试验，由试验结果初步判定酸化多壁碳纳米管上的羧基几乎全部分布在表面及两端，能迅速与碱溶液反应。2005年Mar

6、shall等(见参考文献80)将羧基化单壁碳纳米管与十八胺反山东大学硕士学位论文2应，由反应前后碳管的重量差值计算反应上去的十二胺含量，进而推算羧基化碳管表面的羧基含量。本论文将该重量法应用于多壁碳纳米管表面羧基含量的测定，得到的分析结果偏小，推测是由于多壁碳管表面环境的复杂性及固液反应的不完全性所致。脱Fmoc方法是固相有机合成中一种成熟的定量方法，因其反应易行，操作简便，易检测，结果精确被广泛采用。2005年LiJiang等人在对一种碳纳米纤维(GQ师s)的研究中应用了该法测定功能化GCNFs上

7、氨基的含量，本论文首次将这种方法应用于定量分析酪氨酸修饰后的多壁碳纳米管表面氨基的含量，得到了与LiJiang等人一致的结论，实现了对反应程度的监测。实验结果证明该方法可操作性强、精确度高，将在功能化碳纳米管表面氨基的定量分析以及对功能化反应的监测方面发挥重要的作用。总之，本论文首次对碳纳米管表面修饰集团的定量分析进行了系统的研究，通过比较三种定量试验方法的分析结果，发现酸碱滴定法是目前为止较为准确的测定碳纳米管表面羧基含量的方法，脱Fmoc方法则能比较方便准确地定量功能化碳纳米管表面氨基的含量。关

8、键词；多壁碳纳米管；功能化基团；定量分析；酸碱滴定；脱Fmoc山东人学硕上学位论文ABSTRACTCarbonnanotubes，discoveredbylijimain1991，haveattractedmuchattentioninthefieldsofchemistry，physics，biologyandmaterialscienceduetotheiruniquestructureandphysicalandchemicalproperties．Manyte