CN1330565C - 采用光照射的碳纳米管的结构选择法 - Google Patents

采用光照射的碳纳米管的结构选择法 Download PDF

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Abstract

选择性制备具有特定结构的碳纳米管的方法，其通过向碳纳米管照射单波长的光，使特定电子状态的碳纳米管成为激发状态，用氧或氧化剂使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失，选择性制备具有与消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。

Description

采用光照射的碳纳米管的结构选择法
技术领域
本发明申请涉及采用光照射的碳纳米管(carbon nanotube)的结构选择法。更具体地说，本发明申请涉及采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其通过光照射和低温下的燃烧能够只选择性地制备特定结构的碳纳米管。
背景技术
碳纳米管自发现以来，一直强烈期待其在电子半导体、电子设备或其他领域中的应用，大量的研究者进行了各种各样的研究。
已知在碳纳米管中，例如单层碳纳米管具有将由碳的六元环组成的一片石墨片卷成筒状的形状，因其石墨片的卷取方式、即碳纳米管的直径和手性(螺旋度)不同，碳纳米管的导电性完全不同，成为金属或半导体。
但是，采用目前为止的碳纳米管的制备方法，无法控制生成的碳纳米管的直径和手性，只能得到不均一的物质，因此不能充分利用这些直径和手性所产生的碳纳米管的导电性的不同。
另一方面，近年来已知光照射可以促进化学反应，最近还发现Flahren的反应能通过光激发的辅助进行。根据这些事实，认为存在光照射对单层碳纳米管(SWNTs)的化学反应产生某种影响的可能性，但目前为止对光照射产生的对单层碳纳米管的化学反应的影响尚全无所知。
因此，本发明申请鉴于以上事实提出，课题在于消除以往技术的问题，提供通过选择性地使特定结构的碳纳米管燃烧、消失，选择性制备具有与消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管的方法。
发明内容
本发明申请为了解决上述课题，1.采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：通过向直径和/或螺旋度这样的结构不同的多个碳纳米管照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的单波长的光，使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失，选择性地得到具有与消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。
2.1所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：在0℃以上、500℃以下的温度下，使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失。
3.1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：是使用氧化剂使处于激发状态的碳纳米管氧化的碳纳米管的结构选择法，所述氧化剂为过氧化氢水、硝酸或高锰酸钾。
4.1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：向碳纳米管照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的特定波长的光，选择性地使具有与各个光的波长对应的特定的结构的碳纳米管氧化并且燃烧、消失。
5.1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：通过顺次照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的特定波长的光，只选择性地得到具有与所消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。
6.1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：碳纳米管为单层碳纳米管。
附图说明
图1例示本发明的实施例的拉曼光谱。
图2例示本发明的实施例的吸收光谱。
图3例示本发明的其他实施例的拉曼光谱。
具体实施方式
本发明申请具有如上所述的特征，以下对其实施方式进行说明。
本发明申请的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其最大的特征在于：通过向碳纳米管照射单波长的光，特定的电子状态的碳纳米管吸收光而成为激发状态，用氧或氧化剂使该激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失，只选择性地制备具有与消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。此时，优选在0℃以上、500℃以下的温度下，使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失。
即，通过向碳纳米管照射单波长的光，可以在0℃以上、500℃以下的低温下只使具有特定结构的碳纳米管燃烧、消失，结果可以选择性地制备具有与该消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。
作为此时向碳纳米管照射的光，如果为单波长的光，则可以为任何光，可以为激光，也可以为非激光。此外，当用氧使碳纳米管氧化时，可以为能够使碳纳米管氧化程度的氧存在的气氛中，例如可以为空气中等不仅仅是氧的气氛中。可以在含有氧的气氛中，在100～500℃的温度范围下使特定结构的碳纳米管燃烧。
此外，作为使碳纳米管氧化的氧化剂，可以使用任意的氧化剂，特别优选使用过氧化氢水、硝酸或高锰酸钾，例如当使用过氧化氢水(浓度10～30％)时，在0℃～100℃的范围下可以使特定结构的碳纳米管燃烧、消失。
如上所述，本发明申请采用光照射的碳纳米管的结构选择法，通过向碳纳米管照射单波长的光，可以使具有特定结构的碳纳米管激发，促进其氧化，因此可以在低温的加热下使激发的碳纳米管燃烧、消失，因此在不使没有消失而残留下来的碳纳米管损伤的情况下，可以制备优良品质的特定结构的碳纳米管。
此外，在本发明申请的采用光照射的碳纳米管的结构选择法中，通过向碳纳米管照射各个不同波长的光，选择性地使具有与各个光的波长对应的特定的结构的碳纳米管氧化并且燃烧、消失，能够选择性地制备适当的必要结构的碳纳米管。
此外，通过向碳纳米管顺次照射多个不同波长的光，可以只选择性地制备具有比照射1个波长的光的情况更为限定的特定结构的碳纳米管。
通过使用上述的方法，可以容易地、选择性地制备具有金属或半导体所必需的电特性的碳纳米管。
特别地，本发明申请的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，对于单层碳纳米管可以优选进行，可以容易且确实地制备具有必需电气特性的特定结构的单层碳纳米管。
以下根据附图并列举实施例，对本发明申请的实施方式更为详细地说明。当然，本发明申请并不限于以下的实施例，对于细节可以有各种各样的方式。
实施例
<实施例1>
作为在高压下加热一氧化碳合成碳纳米管的方法(CO+CO→C+CO2)，采用Hipco法生成单层碳纳米管，用HCl对其进行处理，将Fe除去后，在空气中使用波长370nm、420nm、500nm、620nm的光各自在温度320℃下照射2小时。
它们的拉曼光谱示于图1。与没有光照射的情况相比可以看到，波长370nm的光对于单层碳纳米管的氧化完全没有影响，而其他波长的光促进了某种特定结构的单层碳纳米管的氧化。当对单层碳纳米管照射波长420nm的光时，如拉曼光谱所示那样，直径0.96nm和直径1.0nm的单层碳纳米管完全消失，直径1.1nm和直径1.2nm的碳纳米管没有消失而残留。当用波长500nm的光照射时，直径约1.0nm和约1.1nm的单层碳纳米管消失，另一方面，此时，直径约1.35nm和约1.56nm的2个新的单层碳纳米管出现。
此外，使用波长620nm的光进行光照射的结果：只有直径约1.2nm的单层碳纳米管残留，其他直径的碳纳米管消失。X射线光电子分光法(XPS)显示出：用Hipco法形成的全部试料中的氧浓度和C与O的化学键的种类与不同波长的光照射或没有光照射的结果大致相同。由此可知，消失的单层碳纳米管没有与氧进行化学反应或形成羰基或羧基化合物，而是选择性地被燃烧。
其次，图2表示没有光照射时和使用波长370nm、420nm、500nm、620nm的光各自在温度320℃下照射30分钟时的吸收光谱。该吸收光谱表示光照射对于谱带S11的峰(相当于第1中间体跃迁)没有产生影响，但1.37eV的S22(相当于第2中间体跃迁)的峰强度相当于直径1.2nm的单层碳纳米管，其强度在420nm、500nm或620nm的光照射后增大，1.5eV和1.63eV的S22的峰强度(相当于直径1.1nm和1.0nm的单层碳纳米管)减少。
这些结果表示光照射促进单层碳纳米管的氧化，意味着特定波长的光选择性地使特定结构的单层碳纳米管氧化、燃烧、消失。
<实施例2>
其次，将采用与实施例1同样的方法生成的单层碳纳米管放入过氧化氢水中，在100℃的过氧化氢水中使用波长488nm的光照射2分钟，将此时的拉曼光谱示于图3。为了比较，在将单层碳纳米管放入100℃的过氧化氢水中的状态下，将没有光照射时的拉曼光谱也同样地示于图3中。
从图3可以看到，当照射波长488nm的光时，200cm-1的峰减少，与之相对当没有光照射时，在用过氧化氢水处理的前后，没有发现拉曼光谱的变化。
因此，该实验结果表示，当使用过氧化氢水这样的氧化剂时，光照射也促进了单层碳纳米管的氧化，意味着特定波长的光选择性地使特定结构的单层碳纳米管氧化、燃烧、消失。
如以上详细说明的那样，根据本发明申请，提供采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其通过光照射和低温下的燃烧，可以只选择性地制备特定结构的碳纳米管。

Claims (6)

1.采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：通过向直径和/或螺旋度这样的结构不同的多个碳纳米管照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的单波长的光，使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失，选择性地得到具有与消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。
2.权利要求1所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：在0℃以上、500℃以下的温度下，使激发状态的碳纳米管氧化并且燃烧、消失。
3.权利要求1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：是使用氧化剂使处于激发状态的碳纳米管氧化的碳纳米管的结构选择法，所述氧化剂为过氧化氢水、硝酸或高锰酸钾。
4.权利要求1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：向碳纳米管照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的特定波长的光，选择性地使具有与各个光的波长对应的特定的结构的碳纳米管氧化并且燃烧、消失。
5.权利要求1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：通过顺次照射使特定结构的碳纳米管成为激发状态的特定波长的光，只选择性地得到具有与所消失的碳纳米管不同结构的碳纳米管。
6.权利要求1或2所述的采用光照射的碳纳米管的结构选择法，其特征在于：碳纳米管为单层碳纳米管。
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