选择性分离双壁碳纳米管的研究

Doubl-walled carbon nanotubes(DWNTs) are a new carbon material.Owing to their particular structure, they exhibit extraordinary electronic, mechanical,thermal and optical properties,that is different from single-walled carbon nanotubes(SWNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWNTs).Thus, they are of great potential applications in electronic devices, nanocomposites and other related fields. In addition, the particular properties of DWNTs are closely related to their atomic structure and size. The diameter of DWNTs directly affects their mechanical, electronic and thermal properties. Yet, it's very difficult to control the diameter of DWNTs in synthetical process. DWNTs produced by existing technologies have broad diameter range (2-6 nm), hitherto. This severely impedes the study of fundamental properties and exploration of their applications.At present, there is no study directed at this pivotal problem.In our previous study, we have used lysozyme to disperse DWNTs to improve the aqueous solubility of DWNTs.What's more, the dispersion can enrich DWNTs with different diameter. enriched.Therefore, based on the study, we will utilize proteins of different structures to non-covalent functionalize and disperse DWNTs.A large scale of DWNTs with narrow diameter will be obtained.And we will further study the influence of the structure of proteins to the dispersion and separation of DWNTs. A facile and effective method will be set up to fractionalize and enrich DWNTs with certain diameters.That will be helpful to the manipulation and application of DWNTs.

双壁碳纳米管（DWNTs）是一种新型碳材料，其独特的结构赋予了它不同于单壁和多壁碳纳米管的优异的电学、力学、光学、热学等性质，因此在微电子器件和纳米复合材料等领域具有巨大的开发潜力。而目前严重制约DWNTs应用发展的两个因素是：1）制备技术尚不能精确控制DWNTs的直径，合成的DWNTs直径分布较宽。2）DWNTs 难以分散在溶剂中。而DWNTs直径直接影响到DWNTs的电学、力学、光学等性质。目前尚无解决这两个问题的研究报道。我们前期研究发现溶菌酶分散不仅可提高DWNTs分散性，还可实现DWNTs的直径选择性分离。本课题以此为基础，拟用不同结构的蛋白质分散DWNTs，实现DWNTs的直径选择性分离，富集不同直径分布的DWNTs，并揭示蛋白质的结构对蛋白质分散和分离DWNTs的影响，为DWNTs分离建立一种高效、简单易行、低成本的方法，大力推动DWNTs性质研究和应用发展。

双壁碳纳米管（DWNTs）是一种新型碳材料，其独特的结构赋予了它在微电子器件和纳米复合材料等领域具有巨大的开发潜力。而目前严重制约DWNTs 应用发展的两个因素是：1）DWNTs难以分散在溶剂中；2）制备技术尚不能精确控制DWNTs 的直径，合成的DWNTs 直径分布较宽。而DWNTs 直径直接影响到DWNTs 的电学、力学、光学等性质，从而限制了DWNTs在各领域中的应用。.本项目用六种不同结构的蛋白质：溶菌酶、组蛋白、牛血清白蛋白、肌红蛋白、卵清蛋白和胰蛋白酶，研究这些蛋白质对DWNTs分散及其作用的不同，考察了pH 值、超声时间、离心步骤等对分散的影响，分散效果用TEM、AFM、近红外-紫外可见光谱、拉曼光谱等进行表征，建立分散的最优条件，而且利用蛋白质的分散作用实现了DWNTs 的直径选择性分离，并采用常规离心法实现了大量富集直径分布窄的DWNTs，为DWNTs 分离建立一种高效、简单易行、低成本的方法，大力推动DWNTs 性质研究和应用发展。研究发现：1）DWNTs可以有效分散在合适pH值的蛋白质(溶菌酶、组蛋白、牛血清白蛋白、肌红蛋白和卵清蛋白)溶液中，形成均匀而稳定的分散液，但不能分散于胰蛋白酶溶液中。溶菌酶、肌红蛋白、组蛋白、卵清蛋白和牛血清白蛋白这五种蛋白质对DWNTs的分散具有pH依赖性，当pH远离蛋白质等电点时，DWNTs容易分散在蛋白质溶液中；而pH靠近等电点时，DWNTs难以分散。2）采用常规离心法得到蛋白质对DWNTs的分散液，通过电镜、拉曼等表征发现，这溶菌酶、组蛋白、牛血清白蛋白、肌红蛋白和卵清蛋白五种蛋白质对DWNTs分散具有管径选择性，大管径的DWNTs更容易被分散在蛋白质中。蛋白质分散得到的DWNTs的外径和内径分布，远高于分散前的DWNTs的外径和内径，并探讨了蛋白质和DWNTs之间相互作用的机理。由于蛋白质价格低、容易获得，分散操作简单，因此蛋白质分散提供了一种大量富集大管径DWNTs的简易方法，推动DWNTs的性质研究以及应用发展。