基于Diels-Alder反应与原子转移自由基聚合制备核壳型碳纳米管-笼型倍半硅氧烷杂化材料

通过糠醇与溴代异丁酰溴的酯化反应制备了溴代异丁酸呋喃甲酯,其与多壁碳纳米管(MWNT)发生Diels-Alder环加成反应得到了原子转移自由基聚合(ATRP)的引发剂(MWNT-Br),MWNT-Br通过ATRP反应引发了八丙烯酸酯基笼型倍半硅氧烷(POSS)的聚合,从而实现了POSS对多壁碳纳米管的包覆,通过对MWNT-Br中溴代异丁酸呋喃甲酯接枝量的控制,包覆POSS层的厚度可以从5 nm、10 nm到15 nm精确调节.     

碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H2SO4/HNO3混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH),再通过与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,4-丁二醇(BDO)的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯(MWCNT-COOH/PU)杂化膜。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNTCOOH/PU杂化膜的形貌和CO2、N2渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比(ID/IG)有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管(H-MWCNT-COOH)填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO2渗透系数为67.8 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO2渗透性及CO2/N2的渗透选择性。     

接枝聚苯乙烯/多壁碳纳米管纳米复合材料制备及合成机理

通过原位悬浮聚合的方法, 以过氧化苯甲酰(BPO)做引发剂, 制备了聚苯乙烯/多壁碳纳米管(MWNT-g-PS)纳米复合材料, 复合材料在水和乙醇中均表现出良好的分散性及稳定性. 通过高倍透射电镜(HRTEM)、场发射扫描电镜(FESEM)分析, 多壁碳纳米管上包覆有1～3 nm的聚苯乙烯膜, 并分布有半径从几十纳米到几百纳米不等的聚苯乙烯微球. 通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、X光电子能谱(XPS)和热重分析(TGA)对复合材料进行分析, 结果表明, 自由基将多壁碳纳米管表面π键打开, 形成一种新的自由基, 引发聚苯乙烯的自由基聚合, 形成了接枝聚苯乙烯/多壁碳纳米管纳米复合材料.     

笼型倍半硅氧烷形态分析及对杂化材料相容性和机械性能的影响

采用水解缩合方法制备了八乙烯基笼型倍半硅氧烷(OVPOSS), 并将其引入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)自凝树脂中, 得到有机-无机杂化材料. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、塑料球压痕硬度计、高温高速摩擦磨损测试仪和悬臂梁冲击实验等对其形貌和性能进行了研究. 结果表明, OVPOSS以晶体状态存在于PMMA树脂中. 通过DSC热性能曲线、FOX方程和Gordon-Talyor方程曲线发现, 当POSS含量较高时, PMMA-POSS杂化体系能够发生相分离, 对杂化材料的机械性能有一定的影响.     

碳纳米管芹菜素印迹聚合物的制备及应用

本文以羧基化多壁碳纳米管为基材,结合芹菜素、丙烯酰胺、丙酮和乙二醇二甲基丙烯酸酯,在多壁碳纳米管表面合成对芹菜素具有特异性识别的分子印迹聚合物(MWCNTs-MIPs),并利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和比表面积分析(BET)对该印迹聚合物进行表征。结果表明,在碳纳米管表面能均匀稳定地接枝一层厚度约为10~20nm的印迹材料。对聚合物的静态吸附性能和选择性进行研究,表明MWCNTs-MIPs的吸附效果优于其非印迹材料(MWCNTs-NIPs)。固相萃取实验表明该方法不仅重现性好,并能使芹菜素的纯度由0.53%增高至90.93%,回收率可达95.84%,富集因子高达171.6。可作为复杂天然产物中芹菜素分离提取材料。     

聚苯乙炔包覆多壁碳纳米管的制备及其分散性

用苯乙炔合成聚苯乙炔(PPA), 对多壁碳纳米管进行纯化、氧化, 然后将多壁碳纳米管与PPA一起在甲苯中超声分散. 结果显示氧化多壁碳纳米管已被PPA包覆且能够稳定分散于甲苯溶液中, 一个多月不沉降. 分别采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱、酸碱滴定、拉曼光谱分析氧化后多壁碳纳米管的结构变化. 利用高分辨透射电镜(HRTEM)分别观察纯化、氧化、PPA包覆多壁碳纳米管的分散情况.     

多壁碳纳米管/聚醚胺复合物的制备

利用亲核加成逐步聚合法成功地制备了芘标记的聚醚胺(pePEA),并将其用于修饰多壁碳纳米管;采用透射电镜分析了pePEA修饰多壁碳纳米管的微观结构,并利用热重分析测定了聚醚胺的负载量.结果表明:聚醚胺对多壁碳纳米管具有较好的包覆作用,包覆层厚度约为1nm,复合物中聚醚胺的质量分数为20.4%.与此同时,多壁碳纳米管/聚醚胺复合物可在水中稳定地分散,分散液放置3周不分层,无聚集现象发生,稳定性较好.     

聚1,4-二氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物的制备及其电化学性质研究

以多壁碳纳米管为基板,运用简单磁力搅拌方法,通过π-π堆积作用,使1,4-二氨基蒽醌负载于多壁碳纳米管材料上,获得了聚氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物(PDAAQ/MWCNTs)。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)等方法对PDAAQ/MWCNTs的结构和性能进行表征。结果发现3~4 nm厚的聚氨基蒽醌层原位生长在多壁碳纳米管上,这种独特的结构极大地增加了复合物的比表面积和聚氨基蒽醌的利用率。分散性能好的PDAAQ/MWCNTs复合物具有高的赝容性能。     

配位键驱动的多卟啉阵列结构在纳米SiO2表面的组装及光电性能

制备了吡啶功能化的纳米二氧化硅(nanoSiO₂BPy), 并利用配位键驱动的层层自组装技术, 以四吡啶基锌卟啉(ZnTPyP)为链接单元, 在nanoSiO₂BPy表面构筑了含有(Pd/ZnTPyP)_n多卟啉阵列结构的有机-无机杂化材料. 利用热重、 紫外-可见吸收光谱和X射线光电子能谱跟踪分析了nanoSiO₂BPy@(Pd/ZnTPyP)_n杂化材料的组装过程. 结果表明, nanoSiO₂BPy@(Pd/ZnTPyP)₃杂化材料在150~450 ℃升温区间内质量损失17%, 可归结为组装在纳米SiO₂表面的多卟啉阵列和少量有机物的热分解. 紫外-可见和荧光光谱表明, 在nanoSiO₂BPy@(Pd/ZnTPyP)_n杂化材料中, 锌卟啉Soret带的吸收峰出现在426 nm处, 其Q带的荧光发射峰出现在605和655 nm处, 荧光寿命约为1.78 ns, 光谱数据均与锌卟啉在稀的二甲亚砜溶液中的结果接近, 表明组装在nanoSiO₂BPy表面的锌卟啉环之间相互作用较弱, 没有形成聚集体. 场发射透射电镜照片显示, 由于Pd/ZnTPyP的组装, nanoSiO₂BPy@(Pd/ZnTPyP)₃杂化材料的平均直径由原料的10~16 nm增加到15~20 nm. 杂化材料修饰电极的循环伏安曲线在-0.6~-2.4 V(vs. Ag/AgCl)范围内出现了2对不可逆的氧化还原峰, 归属于卟啉被氧化的电子转移过程. 探讨了nanoSiO₂BPy@(Pd/ZnTPyP)_n杂化材料作为光敏剂在光电转换、 光催化乙基紫精的还原和显色方面的应用.     

水溶性羟基化单壁碳纳米管与人血清白蛋白之间的相互作用研究

利用荧光光谱、UV吸收光谱、同步荧光光谱和透射电子显微镜等技术较为系统地研究了水溶性羟基化单壁碳纳米管与人血清白蛋白(HSA)的相互作用. 实验发现, 这种羟基化单壁碳纳米管可以明显猝灭HSA的内源荧光, 且猝灭效应随碳纳米管浓度增大而增强. 同时, HSA对水溶性羟基化单壁碳纳米管起到一定的分散和稳定作用. 同步荧光光谱表明, 二者之间的相互作用可导致HSA的构象发生变化, HSA的色氨酸残基荧光信号发生2 nm的红移, 表明色氨酸残基周围微环境的极性降低.     

聚甲基丙烯酸丁酯/(SiO2-TiO2)杂化材料的研究

以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)为偶联剂，用溶胶一凝胶法制备了聚甲基丙烯酸丁酯／(SiO2-TiO2)杂化材料，进行了结构表征和性能研究。经电镜观察，杂化体系固化膜两相间结合紧密，无机相是一种粒径介于10～20nm之间的球形颗粒。实验结果表明：杂化体系固化膜均匀性好和热氧化稳定性得到很大提高。由于无机相与有机相通过共价键相连，聚甲基丙烯酸丁酯／(SiO2-TiO2)杂化材料在无机物含量较高时，仍能保持良好的柔韧性。     

碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H₂SO₄/HNO₃混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）,再通过与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯（MWCNT-COOH/PU）杂化膜。利用傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和透射电子显微镜（TEM）等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNT-COOH/PU杂化膜的形貌和CO₂、N₂渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比（I_D/I_G）有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO₂、N₂渗透性及CO₂/N₂渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管（H-MWCNT-COOH）填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO₂渗透系数为67.8Barrer,CO₂/N₂渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO₂渗透性及CO₂/N₂的渗透选择性。     

多壁碳纳米管与溴的相互作用及导电机理

通过溴蒸气的吸附, 提高多壁碳纳米管(MWNT)的本征导电性能, 加溴多壁碳纳米管的电导率提高了3倍. X光电子能谱、近红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱表明多壁碳纳米管与溴之间存在共轭作用, 这种作用导致多壁碳纳米管上的π电子向溴偏移, 产生空穴载流子. 利用半导体能带图, 提出加溴多壁碳纳米管微观体系模型来研究溴对多壁碳纳米管的作用及导电机理.     

碳纳米管掺杂聚合物稳定蓝相液晶的电场响应性能

通过将不同尺寸的多壁碳纳米管(MWNTs)掺杂到聚合物稳定蓝相(PSBP)液晶中研究了体系的蓝相温度稳定性和电场响应性能。小尺寸MWNTs的加入使PSBP电诱导反射波谱宽化的阈值电压显著降低。MWNTs掺杂PSBP液晶光子晶体的电响应阈值场强降低至0.1 V/μm,在1.3 V/μm电场下反射光谱谱带宽度可从20 nm拓宽至310 nm。该材料在反射型显示、可调滤光片等领域具有潜在应用价值。     

聚醚醚酮/含萘聚芳醚酮改性碳纳米管复合材料的制备及性能

制备了一种含萘聚芳醚酮(Nap-PAEK),以其作为表面修饰剂对多壁碳纳米管填料进行了表面包覆.采用包覆后的多壁碳纳米管与聚醚醚酮(PEEK)进行物理共混得到一系列聚醚醚酮/碳纳米管复合材料,并研究其力学性能和热性能.研究结果表明,由于含萘聚芳醚酮与多壁碳纳米管之间存在较强的π-π相互作用,因此较好地改善了多壁碳纳米管在溶液和树脂基体中的分散性.修饰后的多壁碳纳米管在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中的分散量较修饰前提升了10倍,而采用修饰后的多壁碳纳米管制备的聚醚醚酮复合材料,在碳纳米管添加量仅为2%(质量分数)时,复合材料较纯PEEK树脂的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了14. 5%和116. 7%,实现了对聚醚醚酮树脂的同步增强增韧效果,而且复合材料的耐热性能也有较大提升.     

金属卟啉有机共价和非共价修饰多壁碳纳米管

合成了5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌配合物, 与活化的多壁碳纳米管(MWNT)发生酯化反应, 从而得到金属卟啉有机共价化学修饰的多壁碳纳米管复合物; 利用金属卟啉环上的π电子与多壁碳纳米管管壁上的π电子通过π-π堆积效应, 得到金属卟啉有机非共价修饰的多壁碳纳米管复合物. 通过透射电镜(TEM)考察了金属卟啉-多壁碳纳米管复合物的形貌特征; 通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征; 通过紫外光谱、荧光光谱和热失重分析(TGA)对比分析了两类复合物, 发现非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物的荧光淬灭率更高, 非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物中卟啉的含量比较高.     

β-环糊精包覆碳纳米管基质用于氨基酸及小分子聚合物的MALDI-FT MS研究

制备了可用作氨基酸及小分子聚合物的MALDI-FTMS分析基质的β-环糊精包覆多壁碳纳米管.通过引入β-环糊精改善其碳纳米管亲水性.所制备的β-环糊精包覆多壁碳纳米管的扫描电镜图表明,该碳纳米管呈现纳米带状结构.与通常的氧化碳纳米管相比,所制备的β-环糊精改性CNT具有更低的背景信号.进一步采用氨基酸及聚乙二醇等小分子化合物对所制备的碳纳米管进行评价,得到很强的氨基酸及聚乙二醇的碱金属离子加合峰,表明该材料可使小分子化合物解吸离子化,且背景干扰小不会影响到小分子化合物检测.由此可见,制备的β-环糊精包覆多壁碳纳米管适于小分子化合物的MALDI-MS分析.     

氨基卟啉共价化学修饰多壁碳纳米管

合成了5-(4-氨基)苯基-10,15,20-三苯基卟啉及其铜配合物, 通过化学键将氨基卟啉与活化的多壁碳纳米管(MWNT)发生酰胺化反应, 从而得到卟啉有机共价化学修饰的多壁碳纳米管的复合物. 通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征, 证实了复合物体系中酰胺反应的发生. 紫外可见光吸收光谱和荧光光谱分析确定了卟啉与多壁碳纳米管间存在强烈的电子效应. 通过透射电镜(TEM)观察了产物的形貌特征, 发现碳纳米管壁上连接上了氨基卟啉小分子, 进一步证实了酰胺化反应的发生.     

金属卟啉化学共价和非共价修饰多壁碳纳米管

合成了5-(4-羟基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌配合物,与活化的多壁碳纳米管(MWNT)发生酯化反应,从而得到金属卟啉有机共价化学修饰的多壁碳纳米管复合物;利用金属卟啉环上的π电子与多壁碳纳米管管壁上的π电子通过π-π堆积效应,得到金属卟啉有机非共价修饰的多壁碳纳米管复合物.通过透射电镜(TEM)考察了金属卟啉-多壁碳纳米管复合物的形貌特征;通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征;通过紫外光谱、荧光光谱和热失重分析(TGA)对比分析了两类复合物,发现非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物的荧光淬灭率更高,非共价修饰的金属卟啉-碳纳米管复合物中卟啉的含量比较高.     

磁性碳纳米管表面新型壬基酚印迹纳米复合材料制备及吸附性能

采用聚苯胺包覆的磁性多壁碳纳米管为载体,以壬基酚(NP)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂制备新型磁性壬基酚印迹复合萃取材料。 采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和样品振动磁强计(VSM)等技术手段对该磁性印迹复合材料进行表征和分析,结果表明,在磁性碳纳米管表面成功接枝厚度为60~70 nm的印迹聚合层。 采用高效液相色谱(HPLC)技术对该印迹复合材料的吸附性能进行探讨,结果表明,该磁性印迹复合材料对壬基酚具有特异性吸附性能,最大吸附量为38.46 mg/g。 结合HPLC检测技术,该磁性印迹复合材料成功用于分离富集饮用水中的壬基酚。