基于常规离心法的单壁碳纳米管宏量分离研究

不同导电属性单壁碳纳米管的宏量分离是实现其在纳米光电功能器件上广泛应用的基础。因为常规技术所合成的单壁碳纳米管都是由不同导电属性碳管所组成的混合物，极大地限制了其实际应用，近年来，如何发展碳纳米管的分离技术并实现低成本、高效率的宏量分离的研究倍受瞩目。研究结果表明：用于分离纯化核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）等生物大分子的琼脂糖凝胶法可以实现碳纳米管的有效分离。该分离技术由于简单、快捷且成本低，有望成为碳纳米管宏量分离的主要技术之一。本项目将紧密围绕基于凝胶法常规离心技术下的不同导电属性单壁碳纳米管的宏量分离这一主题，重点解决在宏量分离规模下所存在的碳管纯度不高、难以精细分离等问题，研究影响单壁碳纳米管分离纯度的关键因素，拟通过对分散剂和凝胶介质的结构调制以及分离参数的优化，实现碳纳米管的宏量分离，为其在纳米光电功能器件上的应用奠定基础。

单壁碳纳米管(SWCNTs)自发现以来，以其优异的电学、力学、光学和热力学等性质迅速成为各领域的研究热点，是迄今发现的最理想的一维纳米材料，具有广泛的应用前景。但现有的制备手段得到的SWCNsT几乎都是金属性(m-SWCNTs)和半导体性碳纳米管(s—SWCNTs)的混合物，这极大地限制了SWCNTs在高品质电学或光学器件上的应用．因此， m-SWCNTs和s—SWCNTs的的分离成为研究的焦点。二者的分离主要是基于其半径、螺旋结构和电子结构的差异．至今已发展了多种分离技术，但这些方法普遍存在成本高、耗时、量小等缺点。. 针对碳纳米管宏量分离所存在的这些问题，本项目紧密围绕不同导电属性单壁碳纳米管的宏量分离这一主题，并根据国内外研究发展状况对分离方式进行了调整，由利用常规离心分离法转为更为简便快捷、成本低、分离效果好、易于批量化的凝胶柱色谱分离法。我们通过对分散剂结构以及凝胶分离介质对不同导电属性碳纳米管选择性识别的调制以及分散、分离参数的优化，研究在宏量分离条件下影响单壁碳纳米管分离纯度的关键因素，进而实现不同导电属性碳纳米管的宏量分离。我们在第二年开始发展利用凝胶柱色谱技术分离m/s分离的基础上，从研究SWCNTs的m/s分离机制着手，致力于基于凝胶柱色谱技术下m/s分离的系统研究。我们通过对分散剂结构、分离条件、凝胶性质以及淋洗剂的控制，有效地调控了糖凝胶对s-SWCNTs的选择性吸附，通过两步淋洗程序获得了95%高纯度SWCNTs的m/s分离，还发展二元表面活性剂梯度淋洗实现了s-SWCNTs的窄直径分布以及单一手性的分离，并且提出了基于选择性吸附原理下的SWCNTs分离机制。上述一系列研究为m/s-SWCNTs在纳米光电功能器件、生物医药等领域上的应用奠定了基础。. 通过3年的研究，本项目基本达到原有计划目标，在国际期刊上发表3篇文章、国内核心期刊上发表3篇文章，其中SCI收录论文5篇，EI收录论文3篇；申请1项和授权2项中国发明专利。本项目的研究基础上，项目团队已获得新的国家自然基金面上项目，着重研究经分离后的不同导电属性单壁碳纳米管在生物医药领域的应用。