碳纳米管的填充 - 化学通报.pdfVIP

化学通报 2006 年 第69 卷 w098 碳纳米管的填充 谭凤娱 范晓彬 张国亮 张凤宝* (天津大学化工学院 天津 300072) 摘 要 碳纳米管具有特殊的一维中空管道，许多物质可以吸附、填充其中，并在这一特定场所发 生纳米级限制反应，可望制成各种一维纳米材料。本文回顾了近年来碳纳米管的填充方法和填充材料，介 绍了碳纳米管管内填充的研究进展，提出了该领域亟待解决的问题和发展趋势。 关键词 碳纳米管 化学修饰 填充 限制反应 Filling Carbon Nanotubes * Tan Fengyu, Fan Xiaobin, Zhang Guoliang, Zhang Fengbao (Department of Chemical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072) Abstract Various materials can be adsorbed or encapsulated in the special one-dimension inner cavity of carbon nanotubes. And nanostructure composites are obtained by the confined reaction. In this review, recent literatures in the field of filling carbon nanotubes are presented. Chemical modification of carbon nanotubes is mainly discussed. It also has been noticed that there are some problems have to be solved for future application. Key words Carbon Nanotubes, Chemical modification, Filling, Confined reaction 自1991 年Iijima[1]发现碳纳米管以来，碳纳米管的填充受到了研究者的广泛关注。碳纳米管填 充的最初一个目的是用来制备新的具有准一维形态的纳米材料。研究表明，通过填充碳纳米管的一 维空腔，可有效改变碳纳米管的电性、磁性、热传导性、光学及力学性能。此外，填充碳纳米管的 另一个重要应用是，将碳纳米管作为微型容器装载催化剂、空气敏感物、药物、生物大分子等，实 现其多途径的传输。 目前在碳纳米管的填充方法和填充材料两方面都取得了较大的进展。电弧放电法和化学气相沉 积法是两种经典的原位填充方法。此两种方法是在碳纳米管的制备过程中进行直接填充，前人在与 碳纳米管制备有关的文献上已有较多的讨论。在这里笔者先介绍后续发展起来的几种主要的非原位 填充法，然后再按照已填充物质的种类逐一进行讨论。 1 非原位填充法 1.1 物理吸附 这种方法是利用毛细管作用力，把液态物质吸进开口的碳纳米管中。只有那些液态能浸润石墨 [2] 材料的物质才能通过这种方法填充，这要求填充物质的固液表面张力足够小，低于100～200mN/m 。 通常，将碳纳米管与欲填充金属一起高温退火，碳纳米管端口打开，熔融的金属因毛细管作用而填 充进管内。一般进行以下四个步骤可以获得较高的填充效率：(1)合成碳纳米管；(2)碳纳米管开口； (3)高温退火；(4)熔融纯金属的填充。 1.2 湿化学法 首