[发明专利]一种多壁荧光碳纳米管的制备方法

说明书

本发明公开了一种多壁荧光碳纳米管的制备方法，是以含苯环的二元胺和尿素为原料，溶解在溶剂氯代甲烷中，经120～270℃溶剂热反应，制备得到具有荧光性质的多壁碳纳米管。本发明制备的多壁荧光碳纳米管的氯代甲烷溶液在紫外光激发下呈现出蓝色荧光性质，且发射峰随着激发波长的增加发生红移，呈现出明显的激发依赖性，其荧光寿命在16ns左右；但固态多壁荧光碳纳米管发生荧光猝灭，在各种激发波长下均不发光。

技术领域

本发明属于纳米碳材料制备技术领域，涉及一种碳纳米管的制备方法，特别是涉及具有荧光性质的多壁碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管作为一种典型的一维纳米材料，自1991年Iijima(Nature, 1991, 318:56-58)发现以来，由于其优异的力学性能和独特的光电性能而引起了研究者们的极大兴趣。碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，根据石墨烯片层数的不同，又可分为单壁碳纳米管(或称单层碳纳米管，SWNTs)和多壁碳纳米管(或多层碳纳米管，MWNTs)。

常用的碳纳米管制备方法主要包括电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法(碳氢气体热解法)、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法及聚合反应合成法等。其中，电弧放电法、激光烧蚀法、碳氢气体热解法是目前制备碳纳米管的最主要方法。

以电弧放电法和激光烧蚀法制备的碳纳米管结晶度高，但多数为单壁碳纳米管。碳氢气体热解法原料成本低，但由于催化剂的引入，使得碳纳米管的提纯较为困难。

同时，上述制备方法均需要在较高的温度(＞400℃)下进行，且所制备的碳纳米管都不具有荧光性质。

发明内容

本发明的目的是提供一种多壁荧光碳纳米管的制备方法，以制备得到具有荧光性质的多壁碳纳米管。

本发明所述多壁荧光碳纳米管的制备方法是以含苯环的二元胺和尿素为原料，溶解在溶剂氯代甲烷中，经120～270℃溶剂热反应，制备得到具有荧光性质的多壁碳纳米管。

进一步地，本发明是将上述溶液热反应得到的反应液经过滤、除去溶剂并干燥后，得到精制的多壁碳纳米管固体。

采用本发明方法制备的多壁荧光碳纳米管管内径1.8～1.9nm，管长40～60nm，晶面间距0.33nm。

本发明制备的多壁荧光碳纳米管的氯代甲烷溶液在紫外光激发下，呈现出蓝色荧光性质，且发射峰随着激发波长的增加发生红移，呈现出明显的激发依赖性，其荧光寿命在16ns左右。但本发明的多壁荧光碳纳米管固态下发生荧光猝灭，在各种激发波长下均不发光。

本发明所述的溶剂热反应优选是在120～270℃下反应5～48h。反应温度太低、时间太短，反应原料无法充分脱氨碳化形成多壁碳纳米管；反应温度越高，脱氨碳化所需要的时间越短。

进一步优选，所述反应温度为180～250℃，反应时间8～48h。

其中，所述含苯环的二元胺选自邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺中的至少一种。

进一步地，所述含苯环的二元胺优选为邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺中的至少一种。

更优选地，所述含苯环的二元胺选自对苯二胺。经试验发现，以对苯二胺为原料，经溶剂热反应制备的多壁碳纳米管的荧光量子产率更高，达到20%以上。

具体地，所述溶剂氯代甲烷为二氯甲烷、氯仿、四氯化碳中的至少一种。

最优选地，所述溶剂为二氯甲烷。

本发明所述方法中，所述含苯环的二元胺与尿素的原料质量比为1∶0.1～10。

进一步地，所述含苯环的二元胺与尿素的原料质量比优选为1∶0.5～5。