手性双卟啉选择性分离单壁碳纳米管的研究

目前，商品化单壁碳纳米管都是粗细各异、多(n,m)组分的混合物。如何有效地制备单一性质的碳纳米管，已成为制约碳管的研究和发展的"瓶颈"。本研究以分子识别的理论为指导，同时结合理论化学、超分子化学的研究方法，利用主体（不同构型、不同金属配位的卟啉）对客体（特定结构的碳纳米管）选择性识别，通过超声分散、离心分离、洗涤等物理过程，为分离特定性质的碳纳米管开辟一条新的途径。本项目由前期工作nanotweezer的合成及其在碳管分离中的应用延伸至新型nanoclevis分子和nanotweezer配位物的合成及其在碳管中的应用。课题的目标是制备窄（n,m）值分布且单一旋光性的碳纳米管。项目的成功实施将促进碳纳米管在光电材料、纳米、生物等领域中的研究和应用。

单壁碳纳米管（SWNTs）由于具有独特的物理、化学性质，激起人们极大的研究兴趣。近年来，手性双卟啉选择性分离SWNTs的研究得到人们广泛的关注。.本课题以分子识别的方法分离SWNTs为主题，通过合成手性双卟啉分子、各种金属单卟啉分子和双芘基Nanotweezers非共价修饰SWNTs，能够实现碳纳米管可控识别，包括通过改变链接单元Ar、中心金属原子的种类对不同性质的碳纳米管进行分离、提纯。.合成了2，6-二（10，20-二（N-BOC-苯丙氨基）-锌卟啉-5-基）-吡啶（2-Zn）和2，6-二（10，20-二（N-BOC-苯丙氨基）-锌卟啉-5-基）-N-正辛基咔唑（5-Zn），实验结果发现，2-Zn分子选择分离（8,4）、（10,2）、（7,6）和（9,4）碳纳米管，碳纳米管直径范围为0.84-0.92 nm。同时，我们发现分离得到碳管中（8,4）、（7,6）和（9,4）碳纳米管的光学活性，而（10,2）碳纳米管几乎没有光学活性。5-Zn分子选择分离（7,5）和（8,4）碳纳米管，含量分别由20%、15%提高到35%、25%。.本课题首次系统围绕各种卟啉金属配合物（MOEP）选择性分离SWNTs开展基础研究，深入研究中心金属原子（M）对SWNTs的分离效果和分离能力的规律。CuOEP、CoOEP在甲醇中具有一定的溶解性，但形成的卟啉-SWNTs复合物在溶液中的稳定性很差。ZnOEP在甲醇中同样具有一定的溶解性，但形成的卟啉-SWNTs复合物的稳定性很好，对直径分布为0.88-1.03 nm具有很好的选择性。MnOEP在甲醇中同样具有较好的溶解性，对直径分布为0.84-1.03 nm具有很好的选择性，但是只能分离得到少量的高纯碳纳米管。.我们将极性基团胺基引入芘nanotweezers桥头芳基上，合成芘分子镊DPNN。研究发现DPNN与碳纳米管的相互作用加强，对直径分布为0.84-1.03 nm单壁碳纳米管具有较好的分离效果。近期，我们将DPNN和碳纳米管的复合物作为电子传输层材料应用在有机光电材料的界面中，初步的实验结果证明该类材料具有较好的电子迁移能力，能够提高器件的电流密度。