单一导电性单壁碳纳米管的宏观量制备

目前通过各种方法制备的单壁碳纳米管，均为金属性与半导体性混合物。如何得到宏观量具有单一导电性的单壁碳纳米管是当前碳纳米管研究面临的挑战之一。本项目申请拟首先以申请者近期制备的毫克量级高纯半导体性单壁碳纳米管作为研究对象，通过掺杂（填充）外来物质对半导体性单壁碳纳米管能带进行调节，总结出能带结构对单壁纳米管反应能力及热稳定性的控制规律，进而将此规律应用到宏观量分离金属性与半导体性单壁碳纳米管上。通过选择性填充掺杂提高半导体性单壁碳纳米管的化学稳定性，并选择性在金属性单壁碳纳米管表面引入缺陷或基团来有效地降低其热稳定性，以此来增大金属性与半导体性碳纳米管之间的反应活性差异，尝试利用化学氧化的方法去除金属性单壁碳纳米管，从而实现宏观克量级高纯半导体性单壁碳纳米管的制备。尝试通过掺杂实现半导体性单壁碳纳米管到金属性单壁碳纳米管的转变。通过项目的实施，发表论文8-10篇，培养研究生4-5名。

目前通过各种方法制备的单壁碳纳米管，均为金属性与半导体性混合物。如何得到宏观量具有单一导电性的单壁碳纳米管是当前碳纳米管研究面临的挑战之一。本项目按照申请书的进度开展研究工作, 在制备单一导电性单壁碳纳米管的研究领域取得了以下几方面的成果：..(1)采用一种简单的超声分散法成功实现了单壁碳纳米管管束有效剥离，管束由原来的平均15 nm左右减小至5 nm左右（图1），收率为30～40％。进而通过湿化学法成功实现了单壁碳纳米管的管束完全剥离，大批量地获得了高纯的离散单根单壁碳纳米管。单壁碳纳米管的长度在1微米左右，且对多种溶剂具有很好的分散性。..(2) 通过内部填充不同电负性的客体分子，例如TCNQ, 对单壁碳纳米管的能带进行调控。光谱研究表明，填充选择性地提高了半导体性单壁碳纳米管与季铵盐的化学反应活性。通过填充磷等给电子体，对单壁碳纳米管实现了p型掺杂，并提高了导电性及氧还原活性，证明磷掺杂碳纳米材料的氧还原活性位点在掺杂在石墨网格中的磷原子。 ..（3）发展出一种在低温条件下利用二氧化氮刻蚀单壁碳纳米管的方法，达到选择性去除半导体单壁碳纳米管的目的。我们同时选取了商品化HipCO单壁碳纳米管和自制电弧法制备的单壁碳纳米管作为研究对象。实验数据表明，在温度较低的情况下(≦230℃)，NO2选择性刻蚀半导体单壁碳纳米管，将金属性单壁碳纳米管的含量由33%提高至60%以上;调整电极电势，选取不同的电解液体系，研究了不同能带结构单壁碳纳米管电极的氧化规律，初步实现了在薄膜电极上的电化学辅助选择性氧化金属性单壁碳纳米管，薄膜中半导体性单壁碳纳米管的含量显著提高。. 项目执行四年来，基本按照任务书要求执行，共发表署名基金号的论文27篇，其中影响因子超过6.0 的论文9篇，被他引347次，2篇论文被列为ESI化学类高被引论文。 在项目的资助下，项目负责人获得了首批中组部青年拔尖人才称号，2013年福建省杰出青年基金，2014年首批福建省海纳百川人才计划等。通过项目的实施，培养了博士研究生2名，硕士研究生3名，其中1名博士毕业生获得2013年中科院朱李月华奖学金。