聚乙二醇修饰多壁碳纳米管的合成与应用研究

论文摘要

本论文首先采用“向碳纳米管接枝”方法将不同分子量的聚乙二醇（PEG）接枝到多壁碳纳米管（MWNT）表面,合成PEG修饰的碳纳米管（MWNT-PEG）。并利用异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷（IPTES）的-NCO官能团与MWNT-PEG的羟基之间的反应,对MWNT-PEG进一步修饰,合成IPTES硅烷偶联剂修饰的碳纳米管（MWNT-IPTES）。然后分别以MWNT-IPTES和MWNT-PEG为模板,采用“溶胶-凝胶”法制备SiO2纳米管。此外,对MWNT-PEG与α-环糊精之间的包合作用也进行了研究。（1）MWNT-PEG及MWNT-IPTES合成。首先利用过量的甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）与羟基化碳纳米管（MWNT-OH）反应,合成表面含有-NCO基团的MWNT（MWNT-TDI）。再将其和过量PEG（分子量分别为400,1000,2000和4000 g/mol）反应,制备系列MWNT-PEG。然后将MWNT-PEG和硅烷偶联剂IPTES反应,对MWNT-PEG进一步功能化,合成MWNT-IPTES。采用透射电子显微镜（TEM）、热失重分析（TGA）和紫外-可见光谱（UV-vis）对MWNT-PEG及MWNT-IPTES进行了表征。（2）以MWNT为模板的SiO2纳米管的制备。分别以MWNT-IPTES和MWNT-PEG为模板,以正硅酸乙酯（TEOS）为原料,在碱性条件下采用“溶胶-凝胶”方法合成SiO2纳米管,并经热处理除去MWNT模板得到中空的SiO2纳米管。探讨了反应条件对模板法合成SiO2纳米材料之形态的影响。采用红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电子能谱（EDX）对SiO2纳米管的结构和形态进行了研究。结果表明以MWNT-IPTES和MWNT-PEG为模板可合成出的中空SiO2纳米管,SiO2纳米管的直径在35～80 nm之间,管壁很薄,约6 nm。此外,以纯粹的PEG或MWNT-OH为模板都不能得到管状的SiO2。（3）MWNT-PEG与α-环糊精（α-CD）包合作用研究。在水溶液中,利用α-CD与MWNT表面接枝PEG分子链之间的相互作用,制备出MWNT-PEG与α-环糊精的包合物（α-CD/MWNT-PEG ICs）。采用红外光谱（FTIR）对α-CD/MWNT-PEG ICs的结构进行了表征;采用紫外-可见光光谱（UV-vis）对包合物的形成过程进行了跟踪,结果表明包合物的形成时间与键接到MWNT表面的PEG的分子量有关。分子量为2000和4000 g/mol的PEG修饰的MWNT能与α-CD形成包合物;而分子量为400和1000 g/mol的PEG修饰的MWNT难与α-CD形成包合物。TGA测试结果表明,包合物中乙二醇（EG）单元与α-CD的摩尔比为15:1。并利用SEM观察了包合物的形貌。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳纳米管的基本结构与性能
• 1.2 聚合物修饰碳纳米管的研究进展
• 1.3 碳纳米管的应用研究进展
• 1.3.1 碳纳米管在复合材料领域中的应用
• 1.3.2 碳纳米管作为模板制备一维纳米材料中的应用
• 1.3.3 碳纳米管在其它方面的应用
• 1.4 选题思想及主要研究内容
• 第2章 聚乙二醇及硅烷偶联剂修饰多壁碳纳米管的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 分析测试
• 2.2.3 MWNT-TDI 的合成
• 2.2.4 MWNT-PEG 的合成
• 2.2.5 MWNT-IPTES 的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 MWNT-PEG及MWNT-IPTES的制备
• 2.3.2 TGA 分析
• 2.3.3 MWNT-PEG 的 TEM 表征
• 2.4 小结
• 第3章 以碳纳米管为模板的二氧化硅纳米管的合成与研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 分析测试
• 2纳米管的制备'>3.2.3 SiO₂纳米管的制备
• 3.3 结果与讨论
• 2的纳米管的制备'>3.3.1 SiO₂的纳米管的制备
• 2纳米管合成条件优化'>3.3.2 SiO₂纳米管合成条件优化
• 3.3.3 FTIR 表征
• 3.3.4 TEM表征
• 3.3.5 EDX表征
• 2纳米管形成作用'>3.3.6 MWNT表面PEG对SiO₂纳米管形成作用
• 3.4 结论
• 第4章 MWNT-PEG与α-环糊精包合作用研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料
• 4.2.2 分析测试
• 4.2.3 MWNT-PEG与α-环糊精包合物的制备
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 MWNT-PEG/α-环糊精包合物的形成及溶解性能
• 4.3.2 MWNT-PEG/α-环糊精包合物的 FTIR 表征
• 4.3.3 MWNT-PEG/α-环糊精包合物的 TGA 分析
• 4.3.4 MWNT-PEG与α-环糊精包合物的SEM表征
• 4.3.5 PEG的分子量对MWNT-PEG与α-环糊精包合物形成的影响
• 4.3.6 MWNT-PEG 的接枝密度对 MWNT-PEG/α-环糊精包合物形成的影响
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的论文及成果