从合成到功能化碳纳米管(碳纳米管)利用传统的和新的化学方法gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

碳纳米管在世界范围内出现了因为他们的非凡的属性扩大其应用领域。功能化的碳纳米管是一种方便的策略应对低碳纳米管的分散和溶解许多溶剂或聚合物。它可以通过共价或共价表面功能化,简要地讨论了关于当前文学。Endohedral和exohedral传统方法基于共价和范德瓦耳斯键力量创造了通过问功能化各种材料。本文回顾功能化碳纳米管的新方法和机制,提出了包括酰胺化、氟化、溴化、氯化、加氢、亲电加成。支持我们的分析的几种表征方法突出最近的改进从而扩大碳纳米管的适用性的范围。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

纳米技术是材料科学的一个分支,纳米粒子与特定的属性是形成或产生的化学和物理过程的应用程序。除了最著名的碳形式像非晶碳gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,钻石gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,石墨gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),或六方碳gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),有更多的异国情调的碳的同素异形体先后发现如富勒烯(CgydF4y2Ba_60gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba5gydF4y2BaC],富勒烯gydF4y2Ba_20.gydF4y2BaCgydF4y2Ba_{240年gydF4y2Ba}CgydF4y2Ba_{540年gydF4y2Ba}…[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),碳纳米管和石墨烯gydF4y2Ba7gydF4y2Ba],碳nanotorus [gydF4y2Ba8gydF4y2Ba],碳nanobud [gydF4y2Ba9gydF4y2Ba],豆荚[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),cup-stacked碳纳米管(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba],应用研究[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba],和碳nano-onions [gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]。碳纳米管(CNT)代表最好的小说之一纳米结构。它的发现是在1991年由Sumio lijima电弧放电法(gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。它提出了微碳纳米管(热合)定义为碳的同素异形体,石墨制成的管状形状和至少含有两层间距为4至30 nm直径而单壁碳纳米管(SWCNTs)捏造两年后,在1993年由一个石墨烯一般无缝缸两端关闭(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。大多数情况下,碳纳米管是由石墨烯的物理性质有关他们的简单的合成方法和化学成分gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。碳纳米管已经出现在世界范围内,由于他们非凡的特性,尺寸,强度,和物理特性与大型应用程序提供了一个非常独特的材料:不断扩展新的科学研究结果发表在所有问应用领域和学科gydF4y2Ba17gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)如医疗应用程序(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba),涂料和电影、微电子、能源存储、环境和生物技术(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba,问棉花超级纤维材料(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba];碳纳米管也用作复合膜(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba],透明电极[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba),和催化gydF4y2Ba24gydF4y2Ba),可以作为一个晶体管gydF4y2Ba16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

化学稳定性是问属性的一个重要组成部分。碳纳米管具有较高的化学和环境稳定;碳纳米管的化学侧重于净化、增溶(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)、色散和功能化(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。化学功能化是一个新的有前途的方法,扩大碳纳米管的应用领域开发新颖的纳米材料基于增值由几个材料问电枢的意思是可以实现多个策略。gydF4y2Ba

几个作者综述了化学修饰的碳纳米管的一个精确的应用领域,如去除染料废水的gydF4y2Ba27gydF4y2Ba)医学诊断和药物输送gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。Kamran等人关注的策略和方法功能化的碳基材料,强调他们的应用程序或修改电子设备(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。合成不同的问结构类型包括问功能化策略综述了胆量和Balomajumder申请移除水重金属(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。许等人有另外回顾了技术制备功能化碳纳米管及石墨烯的几种机制从水中重金属的吸附(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。由共价功能化的两个主要技术描述和碳纳米管的共价相互作用,为指定的应用程序和不同的材料组织报道药和生物传感器等设备(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。功能化的碳纳米管中可用的工具,使用聚合物作为一类材料在界面问陈综述了功能化的et al。gydF4y2Ba34gydF4y2Ba]。嫁接SWCNTs的表面氧化过程提供相关的属性修改SWCNTs的光学性质gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

通过回顾以前的文章,我们认为,从合成功能化碳纳米管储包括传统方法和新方法不适当的讨论,尽管在这些纳米结构的出版物的数量。最近的进步在这个领域还没有审核。在这次审查中,我们聚焦在给概述和合成碳纳米管结构;然后,我们涵盖了不同的碳纳米管的功能化方法基于endohedral和exohedral传统方法使用不同的功能材料从官能团,表面活性剂,寡聚物,对碳纳米管和聚合物覆盖指定的应用程序。我们现在在最近的细节化学方法根据图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba功能化的碳纳米管包括功能化碳纳米管的实际应用在许多领域的应用。根据这个事实,我们有打算做一个在研究审查专门问功能化的最新进展将提供人员global insight的主要功能化碳纳米管纳米结构的策略gydF4y2Ba36gydF4y2Ba,gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2。碳纳米管的基本结构和形态gydF4y2Ba

碳原子序数的元素(gydF4y2Ba );gydF4y2Ba这是四价提供4个电子形成共价化学键;它们的电子占据gydF4y2Ba原子轨道。它可以杂交gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba或gydF4y2Ba形式。碳纳米管是由六角形床单卷成管状结构的碳原子有不同的石墨薄片圆柱螺旋性无缝;碳纳米管的结构组成gydF4y2Ba债券(gydF4y2Ba38gydF4y2Ba),两端是限制半富勒烯分子有更强的债券比gydF4y2Ba债券与钻石相比,它提供了他们独特的力量gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。碳纳米管可以被合并在高压和改变一些gydF4y2Ba债券gydF4y2Ba债券(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

碳纳米管可分为两类:单壁(SWCNTs)或多壁碳纳米管(热合)[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。SWCNT是由卷起一片石墨烯的直径(1 - 2海里),MWCNT包括许多SWCNTs的;它同心圆筒放置在一个共同的中央空心之间的间距为0.34到0.39纳米层,略大于0.335 nm的单晶石墨价值(gydF4y2Ba41gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。由于严重的几何约束在这些管提出了无缝的同心圆柱体的形成,碳纳米管的质量取决于生产其他报道的具体方法和条件(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba44gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

所有可能的方法如何滚到石墨烯片缸可以表示为两个整数数字或手性指数gydF4y2Ba和gydF4y2Ba预先确定手性向量(gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba手性角(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba和手性向量(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba可以分为三个类别之字形,扶手椅,和手性的手性向量gydF4y2Ba如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba47gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

热合和SWCNTs有相似的属性。sp的gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba个人碳原子在碳纳米管之间的债券给碳纳米管固有的力学性能;这个键是甚至比spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba债券中发现的钻石;出于这个原因,碳纳米管被认为是最强的材料(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。碳纳米管有非凡的灵活性和弹性由于石墨的高各向异性。他们的杨氏模量优于碳纤维,大于1 TPa;与钢相比,它大约是5倍。这个特定的特性使碳纳米管可能使用与改进的复合材料力学性能(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

碳纳米管具有很高的热导率:SWCNTs 3500 W / m。k和热合超过3000 W / m。k (gydF4y2Ba40gydF4y2Ba,gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。他们的密度可以起草或低于1.3克/厘米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba(gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。碳纳米管的弹性是另一个特殊的属性;当它们暴露在大轴向压缩力和在高力的情况下,碳纳米管可以弯曲,扭转,扭结,扣,他们将返回到原来的结构保留它们的属性呈现牛顿行为,提供强大的力量按不大于弹性力的极限纳米管(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。碳纳米管也非凡的电子性质与铜。他们有很高的电导率,因为手性(手性角六边形与管轴)之间;问可以是金属或半导体;在另一种方式,能隙随增加管直径(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3所示。合成碳纳米管的基本方法gydF4y2Ba

各种技术开发了合成高质量的碳纳米管具有不同结构和形态基本和技术应用。碳纳米管一般用三个主要技术:电弧放电,激光烧蚀、化学气相沉积(CVD)。gydF4y2Ba

3.1。电弧放电法gydF4y2Ba

电弧放电是最古老和最常见的技术生产碳纳米管。它还生产炭黑材料形成的富勒烯分子。这种方法依赖于气体的电击穿产生等离子体。它使用更高的温度(高于1700°C)蒸发碳原子在等离子体提供碳纳米管的生长与其他技术相比,以最小的结构缺陷。电弧放电室的示意图如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。室由两个电极,其中一个是阳极,另一个是阴极。阳极充满石墨粉和催化剂的混合物。催化剂对纳米管的生长而不是MWNTs [gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。负极由纯石墨棒。最初,电极保持独立的气体氛围下(通常是氩/氢混合物);然后,减少了电极之间的距离,和60 - 100的电弧或50 - 150应用强度相关的潜在下降25 V (gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]。惰性气体流保持在50 - 600托;电极间的区域的温度高于1700°- 4000°C。电极变红热,形成等离子体,所以碳升华时从正阳极消耗和凝结丝状碳产品阴极由于温度梯度。反应需要30 - 60秒到2 - 10分钟。在反应的最后阶段,机器是留给冷却。之后,碳纳米管和烟灰沉积室的墙壁上收集然后纯化,最后在电子显微镜下观察其形态进行调查。惰性气体流量、压力,和金属浓度的碳纳米管的基本工艺参数来获得高收益。一般来说,短管直径从0.6到1.4和10 nm SWCNTs和热合,分别形成(gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]。这种方法的缺点是高温的使用在制造过程中,低压和昂贵的惰性气体(gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。Hosseini等人形成的电弧放电方法,碳纳米管的石墨电极沉浸于食盐(氯化钠)解决方案的铁和镍催化剂粒子;他们获得碳纳米管在100 - 300海里的长度和直径25 - 30海里(gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]。玛丽亚和Mieno合成SWCNTs低频双相脉冲电弧放电方法使用新开发的双极脉冲电流电路,恒流和恒脉冲;他们发现烟尘产生的速率增加而增加频率而产生的质量并仍然几乎相同(gydF4y2Ba55gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3.2。激光烧蚀gydF4y2Ba

激光消融(LA)是一种优越的方法生产纳米管;然而,这种方法不是很有趣的合成MWNTs因为它的昂贵成本(gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。洛杉矶的优点是生产高质量、高产量、高纯度的纳米管通过几分钟:500毫克的SWCNTs与纯度高达90%(5分钟gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]。1995年,斯莫利在赖斯大学的团队表明,窄分布的有效途径合成SWCNTs是由拉(gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

洛杉矶的一个示意图表示设置如图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。一般来说,所使用的激光烧蚀的掺钕钇铝石榴石和连续波(cw)有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba;反应室是一个石英管尺寸:直径25毫米和长度1000 - 1500毫米(gydF4y2Ba57gydF4y2Ba),位于炉的中心包含纳米催化剂金属石墨复合目标;过渡金属催化剂一般倪,有限公司铜、Pt, Co / Ni公司/ Pt, Co /铜、镍/ Pt, Rh / Pd在小浓度(1%,2%),和纯石墨MWNTs [gydF4y2Ba59gydF4y2Ba,gydF4y2Ba60gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

激光辐照关注目标透过窗户和在高温下(800 - 1400°C) (gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)或大部分1200°C (gydF4y2Ba42gydF4y2Ba,gydF4y2Ba59gydF4y2Ba)和一种惰性气体流或混合气体组分在石英管(Ar, NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)。200年和400年之间的压力是托(gydF4y2Ba53gydF4y2Ba)允许的蒸发目标棒被惰性气体和存款烟尘在水冷式收集器位于退出的炉过滤器沉积碳纳米管。gydF4y2Ba

碳纳米管的性质由洛杉矶过程强烈依赖于不同的参数:激光特性,目标的组成材料,室内温度,压力,和化学成分、缓冲气体流动(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。Chrzanowska等人研究了激光波长的影响SWCNT合成产量和性能通过使用双脉冲Nd: YAG激光器,工作波长的355或1064海里。他们发现合成碳纳米管的性质更依赖于激光影响,SWCNT合成是赞成在窄紫外激光辐射影响(gydF4y2Ba61年gydF4y2Ba]。然而,郭等人成功地合成了碳管直径非常小,在室温下(5 - 10海里)通过使用高能激光脉冲(193 nm, 5 J /厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba、20 ns)强于传统技术生产的碳纳米管由于其规模和自然(微gydF4y2Ba62年gydF4y2Ba]。伊斯梅尔等人最近形成的一个新的纳米MWCNT从石墨在水中目标通过脉冲激光烧蚀过程使用不同的波长度(532和1064海里)。作者报道,碳管的光学吸收性质强烈依赖于纳米管的直径和长度的激光波长相关。他们的工作已经实现了在没有催化剂可以被认为是一种新方法生产的新形态多晶碳纳米管(gydF4y2Ba63年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3.3。化学汽相淀积(CVD)gydF4y2Ba

实际上,化学气相沉积法被认为是最重要和最合适的各种产品的生产流程,包括粉末、纤维如问,和单片半导体电子元件。异构的化学反应在CVD方法是一个不可逆过程,因为通过沉积的固体多相化学反应气体或气体的混合物。gydF4y2Ba

有不同的CVD技术如等离子体增强(PECVD) ",微波等离子体(MPECVD) [gydF4y2Ba64年gydF4y2Ba]或射频CVD (RF-CVD) [gydF4y2Ba65年gydF4y2Ba),灯丝(HFCVD)[真空gydF4y2Ba43gydF4y2Ba)、氧气辅助化学汽相淀积(gydF4y2Ba66年gydF4y2Ba)和水辅助化学汽相淀积(gydF4y2Ba67年gydF4y2Ba),和浮动催化剂(FCCVD)方法(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。最近,心血管疾病被认为是一种简单且灵活的技术用于合成碳纳米管相比,电弧放电和激光烧蚀。心血管疾病的主要优点是容易控制反应,高产量,低杂质生产和低成本的问,和相对较低的操作温度低于1200°C (gydF4y2Ba68年gydF4y2Ba]。催化剂的选择是影响经济增长的最重要的参数之一,碳纳米管的形态,因为碳纳米管的结构所决定的大小和化学成分的金属催化剂(gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。过渡金属纳米粒子的形式不到3海里,Pt (gydF4y2Ba69年gydF4y2Ba)、铁(gydF4y2Ba42gydF4y2Ba)、Pd、锰(gydF4y2Ba70年gydF4y2Ba),和铝异丙醇盐gydF4y2Ba71年gydF4y2Ba)视为有效的催化剂。图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba显示了CVD生产碳纳米管的一个图表。首先,催化剂是放置在陶瓷或石英船放入石英管和加热到足够的反应温度范围500 - 1200°C (gydF4y2Ba72年gydF4y2Ba]。然后,反应混合物含有碳氢化合物如甲烷的来源,乙炔,邻二甲苯、一氧化碳gydF4y2Ba73年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba74年gydF4y2Ba),和一种惰性气体流(氮、氢、氩)[gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba催化剂床,传递和化学反应通过在惰性气氛或附近的热表面。分解后碳前体生成碳原子、碳纳米管生长的催化剂颗粒和薄膜表面被废黜。最后,系统冷却到室温,碳纳米管收集从墙壁和支持表面gydF4y2Ba76年gydF4y2Ba]。CVD方法获得的碳纳米管的性质和产量控制通过改变不同的参数,如碳氢化合物来源(gydF4y2Ba77年gydF4y2Ba),金属的性质和支持(gydF4y2Ba78年gydF4y2Ba),气体流量(gydF4y2Ba79年gydF4y2Ba),反应温度,反应时间(gydF4y2Ba80年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

CVD工艺参数(沉积时间、温度和气体流量)可以独立使用生产碳纳米管具有相似或不同的维度和特点与独特优势gydF4y2Ba80年gydF4y2Ba]。提高反应温度和流量的前体气体增加碳管的平均直径,同时增加处理时间减少直径。此外,碳管的直径分布和质量深受催化剂颗粒的直径(gydF4y2Ba81年gydF4y2Ba]。高氢含量可以诱导催化加氢的碳,导致碳纳米管的表面改性结果均值和核心直径。结晶度的碳纳米管的石墨烯墙和长度由氢流影响很大(gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]。最近,据报道,碳氢化合物合成碳纳米管的并不是唯一来源。Bhongade等人报道的合成热合使用废调色剂粉作为碳源通过CVD方法然后确认浪费爽肤水是一个很好的碳源合成的碳纳米管(gydF4y2Ba82年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

这些传统方法的区别是在获得的碳纳米管的质量和纯度虽然科学家正在寻找其他的可能性,即。更经济的方式生长碳纳米管,但他们没有成功。的主要原因可以归结为反应设备,反应条件(液氮的压力、温度),和成本的催化剂材料。电弧放电方法是自顶向下的方法叫做使固体材料分成小块通过外部力量。在这种方法中,物理部队提供必要的能源纳米颗粒的形成;然而,用这种方法,很难达到预期纳米尺度的粒子(gydF4y2Ba83年gydF4y2Ba]。虽然激光烧蚀导致释放有害的副产品,很难控制表面化学,纳米粒子的大小和结构(gydF4y2Ba84年gydF4y2Ba]。然而,自底向上方法能产生纳米粒子从一个简单的集群,然后纳米颗粒分子,诱发更大的控制纳米颗粒的形状和大小。问的合成纳米颗粒可以通过生物方法也意识到当源电子是一个有机体gydF4y2Ba85年gydF4y2Ba]。纳米技术领域的研究人员正在转向以获得灵感,开发新颖的纳米颗粒合成的纳米材料;物理和化学的方法合成使用危险化学品的协议,因此,绿色生物纳米粒子可能是替代化学和物理的方法。gydF4y2Ba

3.4。新的合成方法:绿色合成gydF4y2Ba

绿色合成是一种自底向上的方法;它类似于一个化学还原一个昂贵的化学还原剂被提取的一种天然产品。绿色合成使用环境环保试剂作为降低代理减少向环境释放有毒残留物的风险(gydF4y2Ba87年gydF4y2Ba]。王等人已经开发出一种新的绿色合成方法基于MnO的使用gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba作为引发剂将polypyrrole-co-polyaniline (PPy-co-PAni)中空结构的碳纳米管(HPCNTs)具有高表面积1419米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaggydF4y2Ba^1gydF4y2Ba通过一个简单的碳化处理在900°C 10 h。这种中空多孔纳米材料可以用于高效储能应用程序(gydF4y2Ba88年gydF4y2Ba]。Tripathi等人提出了一个非传统的生长碳纳米管的合成CVD过程中使用绿色催化剂来自植物低温(575°C)生产高产碳纳米管(gydF4y2Ba89年gydF4y2Ba]。哈基姆等人形成的碳纳米管123海里平均直径有不规则分布通过一步水辅助椰子壳浪费700°C的温度淬火方法,提出通过这项研究可能产生碳纳米管在大规模使用植物及其提取物(gydF4y2Ba90年gydF4y2Ba]。哈米德等人已经形成SWCNTs直径27 nm左右使用热解的前体和NiCl混合油gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba催化剂硅晶片衬底上的支持;石墨化生产生长碳纳米管在700°C (gydF4y2Ba91年gydF4y2Ba]。保罗和Samdarshi形成碳管的直径80 - 90 nm通过CVD方法在最佳条件下蒸发自然绿色的前体(椰子油)经由NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba惰性气体;这个反应在铁催化剂的存在进行保证的生长碳纳米管(gydF4y2Ba92年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4所示。修改策略和功能化的碳纳米管gydF4y2Ba

4.1。传统的方法gydF4y2Ba

分散在水溶液和解散所有问形式,水,大多数有机,水溶剂很难实现,因为CNT的化学性质。为了克服这些问题,做了大量的研究,以提高化学性质的问gydF4y2Ba39gydF4y2Ba,gydF4y2Ba93年gydF4y2Ba]。问表面可以由共价功能化和共价(范德瓦耳斯键);这种策略取决于碳纳米管之间的联系和功能分子(gydF4y2Ba93年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

以下4.4.1。共价功能化gydF4y2Ba

Nejabat和Rayati准备铁/锰双金属heterogenized催化剂同时附件的锰和铁卟啉功能化微碳纳米管的表面。这个新的双金属nanohybrid显示一个优越的催化性能与类似的单本位制的同行相比(gydF4y2Ba94年gydF4y2Ba]。官能团(羟基,羧基,在北半球gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)是spgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba碳电枢。一般来说,对于共价功能化,这些实体是附着在碳纳米管表面(gydF4y2Ba95年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba96年gydF4y2Ba]。结果,提高其溶解度和色散等不同溶剂水、二甲基甲酰胺,乙醇,1,3-dimethyl-2-imidazoleidinone,二甲亚砜,氯仿gydF4y2Ba97年gydF4y2Ba]。Palacin等人已经成功地与卟啉功能化碳纳米树枝石通过点击化学利用共价碳纳米管之间的联系和ZnP [gydF4y2Ba98年gydF4y2Ba]。另一方面,桑德斯和奥布赖恩共价碳纳米管的表面改性研究探索氧化、环加成作用,和激进的反应来确定他们的成功在表面共价改变问gydF4y2Ba99年gydF4y2Ba]。Voiry et al。gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba)准备单层过渡金属dichalcogenides阶段工程使用共价功能化;相同的方法已经应用,突出了Abo-Hamad等人表明modified-CNTs呈现不同的可分散性导致亲水性的变化后功能化,悬浮稳定性大大提高原始问相比,因此使他们适用于电化学传感(gydF4y2Ba101年gydF4y2Ba]。因此,Rajaura等人用它们最终在储氢领域;化学变化是造成因素提高储氢密度由于表面缺陷的存在,提供增强的表面积氢吸附(gydF4y2Ba102年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4.1.2。共价功能化gydF4y2Ba

共价功能化主要是基于范德华力:gydF4y2BaπgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaπgydF4y2Ba相互作用(gydF4y2Ba103年gydF4y2Ba]。共价功能化带来有利保护改性后的碳纳米管的结构和原始属性(gydF4y2Ba104年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba105年gydF4y2Ba]。Tran et al。gydF4y2Ba106年gydF4y2Ba]报道共价改性的碳纳米管pyrene-functionalized肤色其次是热力学研究表明镍纳米管直径和卟啉分子的关系,表明强烈的绑定tetraphenyl-porphyrin分子优惠更大直径的碳纳米管。的热力学研究共价功能化卟啉没有肤色的问提出了Vialla et al。gydF4y2Ba107年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Alpatova et al。gydF4y2Ba108年gydF4y2Ba]研究SWCNTs的分散在水中使用一系列天然和合成的分散剂,共价附着在问表面通过不同的物理吸附机制。SWCNT悬浊液的毒性取决于分散剂的毒性和建议潜在的共价功能化和无毒的分散剂。gydF4y2Ba

而陆等人应用有效的净化方法,并基于氧化酸处理和可逆的共价功能化与1-pyreneacetic酸可以完全删除残留金属催化剂和含碳杂质而高度纯纳米分散在溶剂(gydF4y2Ba109年gydF4y2Ba]。另一方面,戈什等人报道共价功能化,增溶石墨烯,单壁碳纳米管研究在非极性有机溶剂与芳香供体和受体分子。捐赠者和受体分子存在的芳香表面上的表面石墨烯/纳米管通过p p堆积相互作用而烷基链以及乙二醇链芳香分子促进溶解度(gydF4y2Ba110年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

碳纳米管的表面改性等其他方法也可以执行创建缺陷,侧壁功能化,共价债券与表面活性剂,共价exohedral聚合物。Defect-group功能化代表网站的存在缺陷,在违规行为的存在苯形成纳米管的主题框架。这些缺陷可以位于末端,侧壁形成在制备和纯化步骤。羧基的存在和五角大楼的组织缺陷的例子除了五年期和七人环的存在而不是六元环和碳原子的rehybridization spgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba对spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba导致当地的纳米管结构的变化增加了,问表演(gydF4y2Ba111年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba112年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

4.1.3。直接侧壁功能化gydF4y2Ba

直接侧壁功能化杂化碳原子从sp有关gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba对spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba环加成作用和芳环亲电或亲核攻击。因此,碳原子失去他们的结合(gydF4y2Ba104年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba112年gydF4y2Ba]。共价侧壁SWCNTs的功能化可以意识到通过单电子还原(gydF4y2Ba113年gydF4y2Ba]。钾原子的反应与苯甲酮分子导致转移一个电子从钾苯甲酮(gydF4y2Ba114年gydF4y2Ba]。热处理的侧壁功能化SWCNTs涉及腐败创造了债券的SWCNT侧壁,不恢复原来的纳米管的电子结构(gydF4y2Ba115年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

侧壁功能化可以通过不同的方法来应用共价连接的羧酸团体单SWCNTs的侧壁据Darabi et al。gydF4y2Ba116年gydF4y2Ba]。格布哈特等人报道侧壁与锂alkynylides SWCNTs的功能化。不同反应参数如溶剂或温度的变化进行了,产生更多的可溶性SWCNT衍生品。本研究表明,加成反应优先发生在较小的直径被发现SWCNTs [gydF4y2Ba117年gydF4y2Ba]。格布哈特等人报道一个创新、高效和可控的合成使用的化学postfunctionalization共价功能化SWCNT侧壁polycarboxylated SWCNT——(羧基)gydF4y2Ba_ngydF4y2Ba,以保护整个的完整性gydF4y2BaσgydF4y2BaSWCNTs的框架和实现的可能性很高程度的增加(gydF4y2Ba118年gydF4y2Ba]。然后,热合可以执行的功能化Diels-Alder方法据Diyuk et al。gydF4y2Ba119年gydF4y2Ba]。赛等。gydF4y2Ba120年gydF4y2Ba]报道共价侧壁通过附件烷基组SWCNTs的功能化碳纳米管的侧壁。碳/烷基比率是10.0 wt. %通过n-Hexyl;而对于更高程度的SWCNT功能化,小直径管(约1.0 nm)烷基化更容易。gydF4y2Ba

4.1.4。表面改性与表面活性剂和聚合物共价的状态gydF4y2Ba

非共价功能化表面通常是生产的两亲性表面活性剂的存在通常是有机化合物,表现出两种极性亲水头部组和非极性疏水分数或尾组通常由一个或几个烃链。表面活性剂的分类是根据主管他们的头组,因此阳离子、阴离子、非离子、两性离子。共价表面改性与表面活性剂改善碳纳米管的分散。这种行为类似于表面活性剂的分散固体颗粒(gydF4y2Ba121年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

表面活性剂或两亲性分子在水中扩散和吸附在界面之间的非混相阶段,空气,水或油和水之间的界面或粒子和解决方案(gydF4y2Ba122年gydF4y2Ba]。表面活性剂的分散碳纳米管在不同溶剂通过物理吸附。这礼物nonsolubilization以来主要表面活性剂的属性是一个稳定的固体分散在溶剂由于积累表面或接口(gydF4y2Ba123年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba124年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Kaur等人报道非共价功能化的石墨烯与聚(diallyldimethylammonium)氯(PDDA),聚电解质含有氮,使用一个非常简单的方法。的非离子表面活性剂(Triton x - 100)在功能化石墨烯之间的交互和PDDA改善gydF4y2Ba125年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Madni et al。gydF4y2Ba126年gydF4y2Ba)研究了一种新颖的方法来准备高度分散的热合混合使用了阳离子表面活性剂十二烷基溴化trimethylammonium (DTAB),阴离子型表面活性剂,辛酸酯钠(SOCT)和色散效应通过MWNTs表面活化剂。获得稳定的分散在低表面活性剂浓度与总单独使用时其浓度。gydF4y2Ba

共价功能化聚合物被认为是一个主要的关键解决碳纳米管在水和有机溶剂的溶解度差在不损害他们的独特的结构和内在属性。使用聚合物的主要优势是减少胶束形成的熵的惩罚,而不是小分子表面活性剂(gydF4y2Ba122年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

氮化镓et al。gydF4y2Ba128年gydF4y2Ba)形成的功能化碳纳米管通过self-polymerization单宁(TA)发现他们的应用程序在清除亚甲蓝(MB)。CNT-TA显示更高的MB吸附容量CNT-TA表面的官能团。gydF4y2Ba

曹et al。gydF4y2Ba105年gydF4y2Ba报道一个绿色和直接功能化poly-ethylene glycol-grafted SWCNTs表面水媒体通过Diels-Alder (DA)点击反应。功能性共聚物是嫁接在SWCNTs DA反应除了。混合材料具有高药物负荷容量(DLC)的阿霉素达到279.9 wt. DLC的%;然后,它显示没有细胞毒性与正常HEK293细胞线。然而,Tunckol et al。gydF4y2Ba129年gydF4y2Ba]研究了合成策略的影响非共价功能化的热合聚合离子液体不允许统一的表面功能化。因此,改变碳管的分散和显示依赖用于功能化聚合物类型。gydF4y2Ba

4.2。Endohedral功能化gydF4y2Ba

碳纳米管的内部环境提出了一种纳米空间,许多反应可能发生不发生在管外。Endohedral功能化旨在利用管的内腔(gydF4y2Ba130年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba131年gydF4y2Ba]。碳纳米管可以封装分子或原子在其中央凹空间像富勒烯和其他有机分子通过各种合成方法(gydF4y2Ba132年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba133年gydF4y2Ba]。关于问稳定对热分解的内腔管甚至还被利用作为nano-reactor环境生产简单的分子(gydF4y2Ba134年gydF4y2Ba]。伊格莱西亚斯和MelchionnagydF4y2Ba135年gydF4y2Ba]报道碳纳米管endohedral催化;他们提到了最近在纳米催化的主要进展进行了,从催化合成的合成,讨论最显著的催化过程已报告在过去的十年。管内径Endohedral功能化是有限的,最大的管用于光学实验可以达到0.7 - 2 nm (gydF4y2Ba136年gydF4y2Ba]。Kharlamova等人表示,直径和metal-dependent内胎内的生长特性metallocene-filled SWCNTs通过填单壁与二茂铁分子发生在真空退火温度之间的500和1000°C (gydF4y2Ba137年gydF4y2Ba]。以及“库兹涅佐夫”回顾了立体化学共价成键原子和简单的分子在纳米富勒烯(gydF4y2Ba138年gydF4y2Ba]。胡安佩雷斯。(gydF4y2Ba133年gydF4y2Ba)提供了一个概述的一些最突出的例子分子在碳纳米管的封装。gydF4y2Ba

4.3。Exohedral功能化gydF4y2Ba

Exohedral功能化被认为是一种可行的方法问功能化为了净化,溶解,提高碳纳米管的性质。是提交给更少的限制相比endohedral功能化。Exohedral方法主要可以分为两类gydF4y2Ba131年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba136年gydF4y2Ba]:gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba共价功能化gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba共价功能化gydF4y2Ba

4.3.1。共价Exohedral功能化gydF4y2Ba

共价方法包含附加到管所需的组。这个碳原子的共价功能化涉及修改从sp杂交gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba对spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba由于官能团附件(gydF4y2Ba139年gydF4y2Ba]。碳管的双重共价功能化是通过附加亲水环糊精和支化聚乙烯亚胺(pei) [gydF4y2Ba140年gydF4y2Ba]。功能化的纳米管通过原子转移自由基加成的铜(I / II)氧化还原系统允许共价连接的羧酸盐等各种不同的集团和芳基gydF4y2Ba141年gydF4y2Ba]。然而,于jaf et al。gydF4y2Ba142年gydF4y2Ba共价功能化5-10-15-20-tetra (4-aminophenyl) porphyrinatonickel (II)与热合通过酰胺键(Ni-TAP);结果表明,不仅增加金属离子替换缺陷在拉曼峰值,但也取决于酰化的方法。共价功能化碳纳米管与多面寡聚silsequioxane superhydrophobicity(彼得)和阻燃性表明,改性粒子化学接枝MWCNT;因此,彼得的嫁接到MWCNT增强改性粒子的分散混合buckypaper;然后,一个稳定和超疏水表面特征观察与彼得buckypaper由热合嫁接(MWCNT-g-POSS)即使暴露在高湿环境很长一段时间(gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba]。聚醚和环氧基团共价连接到碳纳米管的侧壁表明聚醚被成功地从问表面生长,最终产品有聚合物重量的百分比14 - 74 wt. %。oxygen-carbon O / C比碳纳米管显著增加从5.1%到29.8%后表面功能化的碳纳米管(gydF4y2Ba143年gydF4y2Ba]。另一方面,超分子方法由博世et al。gydF4y2Ba144年gydF4y2Ba)允许的共价功能化SWCNTs的溶解和分离。电子式的组合选择性diazonium-based附件上问框架和三聚氰酸衍生物的超分子方法指示的同质性官能团的功能化材料导致增加可分散性SWCNTs在氯仿中,并通过一个简单的低速离心步骤(3000 rpm, 5分钟),功能化SWCNTs可以分开他们unfunctionalized计数器部分。gydF4y2Ba

4.3.2。共价Exohedral功能化gydF4y2Ba

非共价方法是基于化学根的物理吸附在石墨表面的纳米管gydF4y2BaπgydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaπgydF4y2Ba堆积相互作用和聚合物包装机制(gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba129年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba145年gydF4y2Ba)或胶束部队(gydF4y2Ba146年gydF4y2Ba]。在共价exohedral功能化技术,微乳液方法报道Al-Jammal等人组成的改变碳管的表面结构通过附加烃尾巴表面;微乳液功能化可以结合原位氧化聚合方法形成OH-MWCNT [gydF4y2Ba93年gydF4y2Ba]。微乳液的有益作用功能化MWCNT的疏水性质是解决主要问题的功能化热合[gydF4y2Ba147年gydF4y2Ba)除了保持碳纳米管的机械和电气性能gydF4y2Ba148年gydF4y2Ba]。另一方面,Basiuk等人已经证明了快速且高效的可能性无溶剂共价功能化热合胺通过使用三个代表不同的结构。十八胺胺含量最高,最低的一个观察,5-diaminonaphthalene [gydF4y2Ba148年gydF4y2Ba]。Basiuk等人报道非共价功能化SWCNT和MWCNT镍(II) tetramethyldibenzotetraaza[14]轮烯气相(NiTMTAA)在220年和270°C,不使用有机溶剂。NiTMTAA影响纳米管功能化的形态在220°C。纳米管的管状结构和MWNTs变得完全的功能化(220°C)或部分(270°C)蒙面的非晶层NiTMTA [gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5。碳纳米管的功能化的新策略gydF4y2Ba

5.1。酰胺化:纳米管的形成gydF4y2Ba

问表面羧基组介绍可以用来生产氨基功能化碳纳米管。问酰胺化是由氧化过程(gydF4y2Ba150年gydF4y2Ba]。amine-functionalized产品的结构分析表明胺氮的共价接枝碳纳米管,如图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(gydF4y2Ba151年gydF4y2Ba]。沈et al。gydF4y2Ba152年gydF4y2Ba)实现了功能化的酰胺化热合通过附加的羧基(羧基)和胺(h)组在温度低于600°C的外管热合。此外,Abjameh et al。gydF4y2Ba153年gydF4y2Ba]研究了合成的功能化SWCNTs使用亚硫酰氯与酰胺基(SOCl会gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)和NHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba。红外光谱分析证实存在的羧基羧酸和在组织通过酰胺和山峰的宽带(NH)在集团和碳胺(氮),分别。SWCNT-CONH的扫描电镜图像gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和SWCNT-COOH(数据gydF4y2Ba7gydF4y2Ba(b)和gydF4y2Ba7gydF4y2Ba(c)),分别显示一层薄薄的有机化合物(酰胺)表面上生成的纳米管的直径增加而SWCNT微观结构在图表示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba(一)。gydF4y2Ba

傅立叶变换红外光谱和扫描电镜图像分析方法识别执行所有新化学键产品识别与SWCNTs的化学组如表所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,分别。此外,表面形态的研究准备样品的扫描电镜图像代表了不同色散和粘附一层薄薄的有机化合物(酰胺)SWCNT-COOH表面。gydF4y2Ba

然而,王et al。gydF4y2Ba155年gydF4y2Ba了酰胺化的优势的羧酸盐热合准备一个新阶层的亲水热合后发生迈克尔加成反应(gydF4y2Ba149年gydF4y2Ba)与羟乙基丙烯酸酯(头脑),丙烯酰吗啉(ACMO)和丙烯酰胺(AM)。nh的附件,-哦,碳氮,C = O,在组织证实了红外光谱和XPS能谱分析如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。功能化MWCNT属性研究通过水的制备聚氨酯(分子量)复合材料通过同质的分散;功能化热合显示更强的界面粘附与分子量大分子相比,原始热合因此提高力学性能,亲水性和复合材料的导电率。不太可能对他们来说,Mallakpour和ZadehnazarigydF4y2Ba156年gydF4y2Ba)选择另一个参数功能化热合与氨基酸分子的微波辐射其次是与羧酸反应;直接附件通过酰胺键和功能化热合(f-MWCNTs)分散在thiadiazol和氨基酸包含聚(amidethioester-imide) (PATEI)如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。这个过程是快速、简单,导致高度功能化的除了高分散在有机溶剂。gydF4y2Ba

所需的功能化MWCNT的氨基酸通过f-MWCNT明显的红外光谱的结果,而乐队出现在3433厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba,2923厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba,1629厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba指地伸展,脂肪族spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba(碳氢键),C = O伸缩振动。此外,乐队出现在1383厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和3408 - 3451厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和高峰在1627厘米左右gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba指的是C-N-C轴向拉伸带和C = O酰胺和酸债券,分别如图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba(gydF4y2Ba156年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

功能化碳纳米管通过酰胺化被用于生物研究报道Ng等人进行了结合的胰岛素通过功能化单壁碳纳米管的侧壁上,diimide-activated酰胺化如图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。胰岛素已成功注册的表面功能化SWCNTs通过酰胺键的形成与酯化羧基组(gydF4y2Ba157年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

另一方面要了解amidoamine-MWCNTs合成的结构,金属离子之间的相互作用的机理和选择性,MWCNT, Deb et al。gydF4y2Ba158年gydF4y2Ba]应用理论研究使用密度泛函理论(DFT)在工作中突出使用功能化热合汞(二)离子的去除废水中存在胺和酰胺(-CONH -) (- nh2)单位(amidoamine-MWCNTs)表面上的纳米管。通过理论研究,amidoamine基团对单壁碳纳米管的表面可能共价与spgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba碳原子位于侧壁或纳米管的开口端。gydF4y2Ba

功能化的碳纳米管通过酰胺化取决于各种参数是使用不同类型的胺(gydF4y2Ba159年gydF4y2Ba)和催化剂允许高程度的表面功能化官能团在问附件的表面(gydF4y2Ba151年gydF4y2Ba]。最近,Soubaneh et al。gydF4y2Ba160年gydF4y2Ba]准备使用湿法[14 c]标签酰胺MWNTs羧化作用的连续反应,chloroacylation,酰胺化使用[14 c]标记ecotoxicological研究乙醇胺。这个方法显示功能化程度高和良好的f-CNT分布说明一个新的使用这种类型的碳纳米管的研究。gydF4y2Ba

5.2。氟化作用gydF4y2Ba

氟化是一个授权的有效功能化碳纳米管的方法。氟化碳纳米管是一个非常重要的方式来改善表面化学性质以及极化(gydF4y2Ba161年gydF4y2Ba和结构和电气性能gydF4y2Ba162年gydF4y2Ba]。直接氟化是一个著名的氟化碳纳米管的方法gydF4y2Ba163年gydF4y2Ba]。氟化过程由共价连接的表面氟碳纳米管(gydF4y2Ba161年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba163年gydF4y2Ba)形成共价氟乐队(gydF4y2Ba161年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba164年gydF4y2Ba]。这个过程取决于各种参数。客观的了解碳纳米管的温度对氟化作用的影响,米克尔森等人应用氟化作用下SWCNTs的几个温度:150,250,325,600°C使用FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba气体。红外光谱结果显示,增加氟管壁温度比需要150°C所示的峰值在1225 - 1250厘米gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba在250°C(样品氟化gydF4y2Ba165年gydF4y2Ba]。另一方面,荣格等人报道了热氟化热合温度30、100、200和400°C与铁催化剂暴露在热合。热合热氟在100°C的高94 F / g的电容电流密度为0.2 a / g由于表面积和表面极性的增加。然而,氟含量下降在400°C的温度由于增加热能足以打破CF债券(gydF4y2Ba161年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

问表面氟化剂和属性的影响也是显而易见的。出于这个原因,张等人研究了氟化剂的效果使用分子SWCNTs氟(FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)和氙二氟化物(XeFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)作为氟化剂。这些方法对应于分子氟氟化的FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分别和原子氟F。结果,两种方法给出了不同形态氟含量相似,但是通过TEM图像,如图所示gydF4y2Ba12gydF4y2Ba(gydF4y2Ba166年gydF4y2Ba)也证实了公园等人研究结果表明,氟化SWCNT的结构性变化导致了包括增加直径和手性的变化gydF4y2Ba162年gydF4y2Ba]然后显示墙上的氟原子的均匀分散纳米管和小表面受损与氟化部分通过常规方法FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba这存在高浓度的氟(gydF4y2Ba162年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

氟化技术在碳纳米管氟化提供了一个重要的角色。Bulusheva等人使用了三个不同的技术使与氟素化合DWCNTs:氟FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在200°C,气态BrFgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba在室温下,CFgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba射频等离子体功能化。因此,允许所有方法的形成共价氟联络红外谱图如图所示gydF4y2Ba13gydF4y2Ba。然后,每个技术允许一个独特的地方周围氟的附件展示了不同的可能的结构化gydF4y2Ba164年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,Bulusheva等人研究了氟化的稳定使用F DWCNT由不同的技术gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在200°C, BrF的混合物gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba和BrgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在室温和无线电频率CFgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba等离子体。在真空加热后在70°C 10小时或120°C 20 h,结果表明,该技术使用气态FgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在200°C是最好的由于氟化DWCNTs高稳定性而分解的温度高于350°C (gydF4y2Ba167年gydF4y2Ba]。另一种方法Fedoseeva等人报道了由氟化DWCNT包含氧气在使用BrF外表面gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba在室温下。氟氧组附近的附件所示的纳米管,如图gydF4y2Ba14gydF4y2Ba双侧壁氟浓度的含氧DWCNTs,证实了物理和化学性质的问扫描被改变通过氟和氧组(gydF4y2Ba168年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5.3。氯化gydF4y2Ba

碳纳米管可以被不同的卤代化合物官能团。然而,碳纳米管也提出的用于治疗卤代化合物分解Yamaura et al。gydF4y2Ba169年gydF4y2Ba]。Desforges等人报道,尽管功能化的碳纳米管高温氧气/氯气处理提高其稳定性和使用它们在各个领域的可能性。使用这种方法允许移动的金属杂质残留的催化剂而不破坏碳纳米管的存在引起的氯碳纳米管表面的官能团(gydF4y2Ba170年gydF4y2Ba]。虽然钱等人提出了一个简单的合成卤代MWCNT碳纳米管使用SOCl会gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba、溴gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba,我gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba卤素源在高压和高温。氯化热合,Cl在碳管的浓度达到3 - 8%的体重。此外,本研究证实显然Cl碳纳米管表面的附件(Cl-MWCNTs)通过不同的分析方法gydF4y2Ba171年gydF4y2Ba]。,Abdelkader等人暴露了氯化碳纳米管通过四氯化碳冷等离子治疗作为一种新的方式共价结合Cl-MWCNTs所证明的XPS谱图所示gydF4y2Ba15gydF4y2Ba;这种治疗涉及许多因素,如等离子体的制备方法,治疗,温度和时间。碳管的治疗与氦CCl之前添加gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba等离子体在短时间允许高浓度的氯表面不改变碳纳米管的结构特点;然而,CCl热合长期接触gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba等离子体影响显著Cl浓度如图gydF4y2Ba15gydF4y2Ba(gydF4y2Ba172年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

升级的能力,使用碳纳米管,Pełech等人提出的功能化和纯化碳纳米管的金属粒子。金属铁颗粒存在,公司和Fe /公司从碳纳米管合成催化剂。氯化是在气相中进行,过程保持在50,250,和450°C;XPS和EDS MWCNT表面结果表明氯的存在如表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba和gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。作者得出结论,氯化是依赖于温度和确认剩余的催化剂粒子通过TGA (gydF4y2Ba173年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

否则,研究氯碳管的形貌的影响,Maboya等人形成氯化碳纳米材料使用不同的氯来源:氯苯(CB)、二氯苯(DCB)、三氯苯(TCB)、二氯乙烷(DCE)、三氯乙烷(TCE),和四氯乙烷(TTCE) Fe-Co / CaCOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba催化剂。内外直径的增加观察碳管由于氯含量增加导致竹结构,表明MWCNT TCE和TTCE之间产生强烈gydF4y2Ba174年gydF4y2Ba]。此外,了解氯行为,马等人报道了氯代化合物的吸附和解吸热合使用三氯乙烯(TCE), 1, 1, 1-trichloroethane (1, 1, 1-TCA),和1,s3, 5-trichlorobenzene (1、3、5-TCB),所以氯代化合物的吸附能力热合是取决于反应物的分子结构96.8%柠檬酸和治疗技术gydF4y2Ba175年gydF4y2Ba]。Bulusheva等人开发了一个化学过程DWCNTs功能化;这种治疗的可分散性增加DWCNTs和共价连接的表面氯DWCNTs通过创建一个特殊的装饰外墙的漏洞给予使用DWCNTs相对湿度传感器在可重复的良好的应对潮湿环境(gydF4y2Ba176年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5.4。溴化gydF4y2Ba

溴化修改和纯化碳纳米管的另一种方法使用含卤的推断化合物电子结构和化学反应性的变化(gydF4y2Ba177年gydF4y2Ba]。Bulusheva等人形成DWCNTs然后官能团在室温下通过溴蒸气。与Br DWCNTs之间的交互gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba由C-Br键(gydF4y2Ba178年gydF4y2Ba]。与理解热合的功能化过程的目的,Diyuk等人应用热重与溴Br热合的功能化gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba水蒸气在高温下200 - 500°C显示溴的化学吸收作用温度范围300 - 500°C。此外,溴化两个政权的热合进行快速反应,溴蒸气与碳管在30 - 350分钟导致溴的化学吸收作用,溴化的缓慢的过程出现在第120分钟,溴与MWCNT的微孔隙表面反应(gydF4y2Ba119年gydF4y2Ba]。此外,Abdelkader等人进行共价热合的溴化反应IBr CCl在有关的解决方案gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba和CHgydF4y2Ba_3gydF4y2BaBr冷等离子体。这项研究显示,溴化的碳纳米管是根据治疗,而学位的溴化反应IBr CCl在有关的解决方案gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba温和的温度达到3.5%与96%的溴共价键和不增加氧含量的纳米管。而由CHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba溴化溴冷等离子体,4.9%是通过10分钟达到99%的溴共价键(gydF4y2Ba179年gydF4y2Ba]。此外,科罗姆等人报道DWCNTs在微波条件下合成和表征。溴成功附加共价DWCNT墙上(Br-DWCNTs)与5.8%重量不同的特征方法如图所示的Br-DWCNTs [gydF4y2Ba180年gydF4y2Ba]。然后,Bulusheva等人同样报道了超声波预处理对溴化DWCNTs使用BrgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba蒸汽有或没有预处理溴水在室温下。结果表明,超声波预处理改变溴的化学状态DWCNT墙壁。这个结果被计算CNT-Br解释gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba使用密度泛函理论模型提出Br的电子态gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分子吸附的网站(gydF4y2Ba178年gydF4y2Ba]。另一方面,Moradi Etesami提出了一个新的途径,溴化的热合使用N-bromosuccinimide(国家统计局),NHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba没有gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba/国家统计局和BrgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在热量和紫外线的情况下;数据gydF4y2Ba16gydF4y2Ba和gydF4y2Ba17gydF4y2Ba代表问的溴化的可能机制。红外光谱分析结果证实了Br MWCNT表面的附件,和电子扫描显微镜(SEM)没有损害MWCNT结构在溴化两种情况由于温和的条件。简单的过程依赖于短反应时间赋予的优势开发这个方法功能化CNT的表面(gydF4y2Ba181年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5.5。加氢gydF4y2Ba

加氢主要原因问物理性质的变化作为金属纳米管的导电性(gydF4y2Ba182年gydF4y2Ba)电子结构和化学性质(gydF4y2Ba183年gydF4y2Ba]。公园等人研究了使用密度泛函理论计算氢吸附SWCNTs的原子和电子结构gydF4y2Ba184年gydF4y2Ba]。尼基丁等人证明了碳氢键的形成纳米管的化学互动墙通过加氢SWCNTs的氢原子。这些债券可以在600°C完全破碎;纳米管是加氢gydF4y2Ba SWCNTs的碳原子,这个过程是可逆的gydF4y2Ba185年gydF4y2Ba]。油漆等人准备氢化SWCNTs和热合在液氨使用金属还原法按照下列反应方程式(报道gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)- (gydF4y2Ba5gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

(1 + 2)解决方案的锂氨和负碳离子形成的复杂gydF4y2Ba

(3)形成共价氢化碳衍生品gydF4y2Ba

(4)形成的氢gydF4y2Ba

(5)反应过度和甲醇氨化电子gydF4y2Ba

因此,氢化产品的热稳定性是400°C。氢化衍生品耐热400°C。特征分解,同时形成氢和少量的甲烷是显示超过400°C。纳米管上的一个障碍墙由于加氢透射电子显微镜(TEM)所示(见图片图gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba186年gydF4y2Ba]。另一方面,Talyzin等人的多功能显示通过加氢氢分子,净化、和碳纳米管的测定;氢化纳米管实现的400 - 450°C碳原子形成碳氢键的1/3 (gydF4y2Ba187年gydF4y2Ba]。尼基丁等人研究了氢在SWCNTs化学吸收作用;本研究表明,纳米管直径是加氢度的主要变量的纳米管而价值约为2.0 nm直径使氢碳纳米管复合物接近100%加氢(gydF4y2Ba188年gydF4y2Ba]。此外,穆罕默迪等人解释这种变化在问直径的H原子问结构(gydF4y2Ba189年gydF4y2Ba]。高级研究有关碳纳米管,依靠增加它们的属性包括不同的碳纳米管形式面条热合使用加氢,据Kazemi et al .,多亏MWCNT结构和润湿性gydF4y2Ba190年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5.6。增加自由基、亲核碳烯和侧壁通过亲电加成功能化gydF4y2Ba

添加不同种类碳纳米管表面的碳纳米管作为激进分子也可以用。Umek等人形成功能化SWCNTs通过添加碳自由基生成的热分解diacyl (LP)和联苯甲酰过氧化物(菲律宾)导致十一烷基苯自由基如图gydF4y2Ba19gydF4y2Ba;附件的激进分子在纳米管墙显示结果并和紫外可见光谱碳纳米管产品+ LP和碳纳米+菲律宾见图gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba通过完全丧失相关的范霍夫奇点共价修饰的纳米管。作者通过红外光谱证实了他们的结果(gydF4y2Ba191年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Vanhorenbeke等人报道了一种新方法使用黄原酸作为碳纳米管的共价功能化,激进的前兆这些激进分子前体与碳碳键的反应在图表示gydF4y2Ba21gydF4y2Ba;结果,一部分移植管表面不含硫除了碳纳米管上引入酯组(gydF4y2Ba192年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

其他几个化学功能化技术报告等亲核碳烯和侧壁功能化通过亲电加成gydF4y2Ba193年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba194年gydF4y2Ba]。控制电子属性和增加可分散性的主要优势是功能化碳纳米管的碳烯衍生品。Luksirikul等人已经探索出功能化单和双壁碳纳米管不同diaryldiazomethane衍生品使用光辐照插入中间碳烯的碳纳米管结构如图gydF4y2Ba22gydF4y2Ba。碳纳米管的功能化是通过拉曼光谱和红外光谱观察结果而D / G带强度的增加比率相关SWCNT-R-N (CH3) 2和SWCNT-R-OCHgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba样品演示了碳烯的环加成作用在碳的侧壁和技巧,因此出现的新乐队在红外光谱证实了拉曼光谱结果如图gydF4y2Ba23gydF4y2Ba(gydF4y2Ba195年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

曾庆红对苯醚等人报道的亲电取代反应的碳纳米管。新胎侧功能化CNT的实现包括二苯酮、benzenesulfonyl氯苄基氯、苯硫酚,如图gydF4y2Ba24gydF4y2Ba(gydF4y2Ba196年gydF4y2Ba]。然后,Tagmatarchis等人已经成功地通过亲电的功能化SWCNTs chromoform SWCNTs紧随其后的水解是允许添加羟基碳纳米管的表面(gydF4y2Ba197年gydF4y2Ba]。另一方面,徐等人报道了微波诱导亲电加成并与烷基卤化物(gydF4y2Ba198年gydF4y2Ba),而田等人用微波辐照对亲电加成酒精SWCNTs导致各种烷基的附件或酒精组的表面纳米管(gydF4y2Ba199年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

6。功能化碳纳米管的性质gydF4y2Ba

功能化的碳纳米管可以通过事先讨论新方法;这些新方法主要在功能化代理不同,操作温度和功能化过程中催化剂的存在。这些主要参数表中给出gydF4y2Ba4gydF4y2Ba酰胺化类型的功能化碳纳米管用于多个应用程序。这些参数的优化和控制会影响强烈问表面电枢的主要目的是研究人员参与加强功能化碳纳米管的性质。gydF4y2Ba

辛格et al。gydF4y2Ba200年gydF4y2Ba和彭和刘gydF4y2Ba201年gydF4y2Ba)解释问结构的变化通过改变键的性质和表面官能团的形成,呈现新的纳米纳米管由比原始碳纳米管功能化和具有不同的属性。Steimecke et al。gydF4y2Ba202年gydF4y2Ba)提出了新的功能化碳纳米管增加表面积和外径5至30 nm。虽然Yaragalla et al。gydF4y2Ba203年gydF4y2Ba]研究了MWCNT共价功能化的影响,他们已经注明了TEM表征增加F-MWCNT 120%相比,整洁的碳管的直径。功能化碳纳米管的力学性能以及影响加戈和总指挥报告gydF4y2Ba204年gydF4y2Ba]。化学功能化降低碳纳米管的机械强度的平均值15%;相同的结论已经被施泰纳报道et al。gydF4y2Ba205年gydF4y2Ba),而张et al。gydF4y2Ba206年gydF4y2Ba]报道也降低延性和强度后碳纳米管的功能化。Milowska和北京gydF4y2Ba207年gydF4y2Ba]报道的降低弹性模量随着吸附剂浓度导致改变碳纳米管的几何形状,因此,纳米管的弹性减弱。考虑氢(- h)、羟基(-哦),羧基(羧基),和胺基团(- nh2),为每个功能组和20%的功能化,杨氏模量和剪切模量减少了约34%和43%,分别为(gydF4y2Ba208年gydF4y2Ba]。安萨里et al。gydF4y2Ba209年gydF4y2Ba)报道,功能化SWCNTs化学吸收作用引起的原子氧和羟基和减少杨氏模量和临界应变而增加碳纳米管的临界力。热导率也下降了1.5倍后功能化的碳纳米管(gydF4y2Ba210年gydF4y2Ba]。F-CNTs稳定性和导热更好解释为同心官能团参数提出了碳纳米管(gydF4y2Ba211年gydF4y2Ba]。Marcelino等人报道,提出修改的碳纳米管510 S / m的电导率随着功能化程度的增加而减少(gydF4y2Ba212年gydF4y2Ba]。相比之下,刘等人。gydF4y2Ba213年gydF4y2Ba)报道,导电性与功能化热合增加。导电性功能化的技术,而不是取决于功能化度。SWCNTs使用的溴化溴在100°C允许插入液体溴在不改变结晶度SWCNTs提供新的可能性使用F-CNTs作为电解质氧化还原电容器据克兰西et al。gydF4y2Ba214年gydF4y2Ba]。对齐CNT的数组被陆等调查。gydF4y2Ba215年gydF4y2Ba在无线电频率)功能化过程中四氟化碳(CFgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba不同的时间)等离子体;极地组件,如切断债券,C = O债券,semi-ionic共价CeF债券,和共价欧共体语言教学大纲的债券,被引入,极性的CFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba= CFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba120岁以上债券进一步介绍了粘附强度的垂直对齐碳纳米管(VACNT)直到90年代不断提高;由于极性基团的引入,数组的高度几乎不变,而碳纳米管是直垂直对齐。温度的增加,从600年到750°C在碳纳米管功能化2-dichlorobenzene (DCB) Fe-Co / CaCO的存在gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba催化剂与合成温度的增加氯在创造过程中发挥作用在问表面缺陷;最好的表面增长在700°C,形成纳米管的内径改变从5到10纳米gydF4y2Ba216年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

7所示。比较性能的碳纳米管功能化碳纳米管的新方法gydF4y2Ba

碳纳米管的形态和结构强烈依赖于类型的溴化和催化剂的类型据Zeynalov et al。gydF4y2Ba229年gydF4y2Ba];碳管的溴功能化是由等离子体化学功能化在路易斯酸催化剂的存在sp转换配置改变碳管的spgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba对spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba钢筋的状态。这个变化影响碳碳键的角度提出从120°平面转向109.5°sp的飞机gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba和spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba

DWCNTs由分子氟和氟化F的混合物gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在200°C和氢氟化;DWCNT氟化后保留其结构呈现一个层间距离0.34 nm的氟化剂使本研究希望为添加剂的使用氢氟化剂功能化的gydF4y2Ba230年gydF4y2Ba]。在另一方面,王等人研究了高频的使用解决方案的功能化碳纳米管在一个自由的催化剂在环境温度的解决方案。这个过程没有改变碳纳米管的管状结构的认定氟化碳纳米管可能发生在spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba呈现F-CNTs保留一个高度石墨有序结构(gydF4y2Ba231年gydF4y2Ba]。敏等人功能化碳纳米管在140°C HF +尿素自由催化剂溶液混合;随着改性反应的进行,F-CNTs墙表面,比纯碳纳米管UF-CNTs变得相对粗糙;新图层的管壁上形成UF-CNTs,作为水性润滑剂添加剂在水中分散性好(gydF4y2Ba232年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

胡锦涛等人已形成氟化电影功能化SWCNTs的氙二氟化物(XeFgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)气体在室温下;这些官能团的影片显示出更高的电导率,磁录密度较高的功函数,高于原始SWCNT电影。氟化碳材料的导电性与氟键的类型密切相关,和F-SWCNT电影是平滑的表面比原始SWCNT电影。F-SWCNT电影有一个表面均方根粗糙度为5.89纳米,这是小比原始SWCNT电影(7.79海里)提供了一种新的太阳能电池纳米材料(gydF4y2Ba233年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Wulan等人功能化热合通过氯化方法使用亲水酸(盐酸)之间的各种物质的量浓度1和6 M和硫酸的混合物(HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)和硝酸(HNOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba在室温下)。高数量的官能团在问电枢增加亲水性纳米管;因此,越来越多的杂质在水清洗的最佳分散F-MWCNTs;至少表面损坏,没有杂质允许F-MWCNTs氯化用于药物输送系统(gydF4y2Ba234年gydF4y2Ba]。相比之下,Bulusheva等人在三地功能化DWCNTsgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba在650°C汽相;他的方法显示减少的内容中残留的金属和包大小3到10纳米氯化碳纳米管导致高重复的应对潮湿环境(gydF4y2Ba176年gydF4y2Ba]。毛等人合成f-MWCNTs了添加使用粉和NaBH激进分子gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba通过紫外线照射。因此,硫醇功能化热合(SH-MWCNTs)有限破坏共轭结构的形成。硫醇组织分解在相对较高的温度下,可以从350到400°C,和热合变得相对光滑的管而SH-MWCNTs硫醇团体的原子比例可能达到0.53% 2 h后暴露于紫外线辐射(gydF4y2Ba235年gydF4y2Ba]。距首都普里什蒂纳等人功能化热合丁香植物在80°C;CMWCNT直接攻击MWCNT表面羟基自由基形成-哦组;更多的杂化spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba碳强化了发生亲电加成反应的特点是D和G带的强度比(gydF4y2Ba )gydF4y2Ba(gydF4y2Ba236年gydF4y2Ba]。碳纳米管功能化的介绍diarylcarbene 100 - 120°C的亲核碳烯加成;碳纳米管之间的共价键和diarylcarbene显示更好的分散和显著增加问直径平均厚度约10 nm的白羽PS层。达斯等人通过侧壁功能化热合功能化利用HNO通过亲电加成gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba;这项技术显示管网络的存在与MWCNT直径在20 - 30纳米的石墨结构有d-spacing 0.34 nm (gydF4y2Ba237年gydF4y2Ba]。另一方面,Santangelo HNO功能化碳纳米管的gydF4y2Ba_3gydF4y2Ba蒸汽在135°C;亲电反应的氧化剂攻击石墨烯结构并生成活跃的网站,如c哦然后转换成c = O组或打破了羧基组在强氧化环境gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]。除了小管的生产和晶体结构的恶化,丧失光滑管壁中观察到的gydF4y2Ba233年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

8。结论gydF4y2Ba

回顾功能化碳纳米管的合成和不同的策略从传统到最近的新方法功能化CNT的纳米结构提出和讨论。作为总结,问电枢之间的联系的性质和功能确保创建共价键或分子van der墙壁集团实体之间的力量和碳纳米管的表面赋予问新结构属性。问奈米结构主要是由共价守恒的功能化属性是一样的原始问,但溶解度f-CNTs在不同系统更多的提升是由于功能化过程由不同材料提出了审查。问碳从sp的杂交gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba对spgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba是由直接共价侧壁通过指定由多个官能团功能化反应机理;问功能化可能也意识到表面活性剂和碳纳米管的共价接枝聚合物表面改性,取决于利用碳纳米管的空腔endohedral或exohedral技术处理。为了升级碳纳米管的适用性循环,提出了新的战略主要是不同类型的代理的功能化,温度,和催化剂的作用下,问功能化过程;功能化主要影响碳纳米管的结构性能评估的新的化学方法酰胺化的碳纳米管是由氧化过程通过附加羧基(羧基)和胺(h)组问表面。这个过程导致了高度的功能化和在有机溶剂分散性。溴化实现通过Br的附件使用halogeneous化合物在碳纳米管上改变他们的电子结构和化学反应。他们的主要优势总结的简单过程,短的反应时间。氯化是不同的附件的Cl和氯的存在纳米管表面的官能团通过创建洞碳纳米管的外墙。此外,氟化过程由氟碳纳米管表面的共价连接。每个氟化技术演示了不同可能性的结构化和改善表面化学性质以及极化。 Hydrogenation proved the formation of C-H bonds by chemical interaction in the nanotube walls through hydrogenation of CNTs whereas addition of radicals, nucleophilic carbenes, and sidewall functionalization through electrophilic addition is related to covalent modification of the nanotubes by grafting moieties on the tube surface.

总的来说,酰胺化和氟化问功能化的最佳策略,因为它们简单的反应过程,所需的材料,成本和时间亲核碳烯功能化与添加的,需要一个复杂的过程。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

伊莎贝尔的研究Huynen由国家科学研究基金资助,比利时,她被任命为研究主管。gydF4y2Ba

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