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單壁/多壁碳納米管負(fù)載金納米粒子的三種途徑及修飾組裝

發(fā)布時(shí)間：2021-07-14 作者：axc 分享到：

單壁/多壁碳納米管負(fù)載金納米粒子的三種途徑及修飾組裝

近年來, 碳納米管(CNTs)和金屬或半導(dǎo)體納米粒子形成的新型復(fù)合材料, 特別是貴金屬/CNTs異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu), 由于異常的物理化學(xué)性質(zhì)及其在納米電子學(xué)、催化劑和生物傳感器等領(lǐng)域中的應(yīng)用而備受人們關(guān)注. 在這方面的工作中,Au/CNTs雜化材料的研究**活躍. 就其制備而言, 常常按以下三種途徑將金納米粒子負(fù)載在單壁或多壁的CNTs表面上:

(1)用化學(xué)鍍或原位還原的方法直接將Au負(fù)載在CNTs表面;

(2)利用分子間弱的作用力, 如靜電力、疏水或氫鍵作用等將金納米粒子自組裝到修飾后的CNTs表面.

(3)采用共價(jià)鍵合的方式將金粒子自組裝在有機(jī)功能團(tuán)分子修飾的CNTs表面. 在后一種方法中, 往往將羧基功能化的 CNTs通過與氨基硫醇或雙硫代烷烴試劑反應(yīng)形成氨基化合物, 然后以此作連接器分子使金納米粒子同該分子一端的巰基結(jié)合. 在使用含-SH基的試劑對(duì)MWNTs 的修飾過程中, 我們提出了一個(gè)直接無溶劑的反應(yīng)路線; 而且采用1,6-二硫代己烷修飾的MWNTs能夠在隨后的還原過程中將小尺寸的金粒子錨定在其表面上. 采用溴代已硫醇與Na-CNTs在四辛基溴化銨 (TOAB)存在下回流的方法使己硫醇分子修飾在 MWNTs表面, 然后以 NaBH4還原Au(III)離子和用膠體金納米粒子自組裝兩種方法制備了Au/CNTs復(fù)合物.

盡管利用上述各種方法都能夠獲得Au/CNTs雜化材料, 但是如何對(duì)沉積或組裝在CNTs表面的金納米粒子進(jìn)行尺寸控制依然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn). 因?yàn)樵诋愘|(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成過程中, 金的成核和生長不完全遵從在均相溶液中的規(guī)律, 常常與CNTs邊壁、端頭的活性或表面修飾的官能團(tuán)密度有關(guān), 作者在研究Ag粒子對(duì)MWNTs的自組裝過程中已經(jīng)觀察到Ag粒子在端頭優(yōu)先生長的現(xiàn)象. 為了獲得尺寸均勻的金粒子所形成的碳納米管雜化材料并闡明在自組裝過程中是否存在粒子的尺寸效應(yīng)問題, 利用預(yù)先形成可控尺寸的膠體金納米粒子、再借助于同功能化的CNTs之間通過各種分子間作用力進(jìn)行自組裝研究應(yīng)該是一種好方法,

我們以晶種媒介的光化學(xué)法可控生長不同尺寸的膠體金納米粒子在多壁碳納米管(MWNTs)表面的自組裝. 方法基于羧基化的MWNTs以雙官能團(tuán)巰基乙酸分子化學(xué)修飾而連接上巰基, 隨后, 不同尺寸的膠體金納米粒子以共價(jià)結(jié)合的方式分別被直接錨定在其表面, 從而獲得良好的Au/MWNTs雜化材料. 通過UV-Vis光譜、TEM和XRS等技術(shù)對(duì)膠體金納米粒子、Au/MWNTs 復(fù)合物及其自組裝過程的表征, 詳細(xì)研究了金納米粒子尺寸對(duì)功能化MWNTs表面自組裝的影響, 結(jié)果表明, 直徑為2.5～5.2 nm范圍很好分散的金納米粒子能夠很好自組裝在平均直徑約20 nm的功能化MWNTs表面上. 同時(shí)探討了雙官能團(tuán)分子的化學(xué)修飾和金納米粒子對(duì)MWNTs表面自組裝的驅(qū)動(dòng)力.