氨多化碳納米管

1、姓名：郁凱玲學號：111103123 碳納米管（CNT）又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它是由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷繞而成的無縫、中空的“微管”，每層由一個碳原子通過 sp2雜化與周圍 3個碳原子完全鍵合后所構成的六邊形組成的圓柱面。碳納米管奇異的導電性優(yōu)異的力學性質良好的熱學性能 碳納米管因其獨特的結構所賦予的優(yōu)異的力學性能、電學性能和熱力學性能，被越來越廣泛地用作聚合物基復合材料中的增強體，也可用作功能性纖維和高性能纖維的增強體。但是CNTs比表面積大，表面能高，分子之間以較強的范德華力纏結、

2、團聚在一起，極大地影響了CNTs在復合材料中的實際應用。表面處理共價修飾非共價修飾 共價修飾的方法之一就是在CNTs的表面引入氨基，因為這樣可以改善CNTs表面的親水性和極性，進而改善其在聚合物中的分散性，并可能在CNTs和聚合物之間形成氫鍵或化學鍵。 因此提出了一種利用DCC與4-二甲氨基吡啶(DMAP)復合催化體系來制備MWNTs-NH2的方法。該方法具體是先將MWNTs通過混酸氧化處理，得到氧化多壁碳納米管(MWNTs-COOH)，再將其與 EDA 在DCC-DMAP復合催化體系下反應，制備MWNTs-NH2。試驗試驗 1.1MWNTs-COOH1.1MWNTs-COOH的制備的制備 稱

3、取100 mg的MWNTs，加入到裝有70 mL濃硝酸-濃硫酸(體積比為23)混酸溶液的圓底燒瓶中，在60 水浴中磁力攪拌，加熱回流5 h。將反應后的溶液以9 000 r/min離心5 min，倒去上層清液，用去離子水沖洗底部黑色產(chǎn)物，反復洗滌、抽濾，至濾液 pH 值為 7。將產(chǎn)物置于真空干燥箱中，60 下真空干燥24 h，得到MWNTs-COOH。1.2 MWNTs-NH2的制備 稱取 50 mg 的 MWNTs-COOH，加入到裝有45 mL甲苯溶液的圓底燒瓶中，在100 油浴中磁力攪拌1 h。稱取0.15 mL的EDA與甲苯配成5 mL溶液，并稱取1.5 g DCC和0.5 g DMAP

4、一起加入到上述裝有MWNTs-COOH的圓底燒瓶中，在100 油浴中反應 6 h。反應后的溶液先用乙醇洗滌 23次，再用去離子水反復洗滌、抽濾。將抽濾后的產(chǎn)物置于真空烘箱中，在60 下真空干燥24 h，得到MWNTs-NH2。結果與討論 乙二胺(EDA）與碳納米管上的羧基在4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化作用下發(fā)生酰胺化反應，生成小分子H2O，N,N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)與生成的H2O反應生成1,3-二環(huán)己基脲(DCU)，促進反應平衡正向移動。其中DMAP催化EDA與MWNTs-COOH上羧基的酰胺化反應機制如圖1所示：說明混酸處理除去了原始MWNTs中的大部分雜質 混酸具有強氧化性，

5、會破壞MWNTs的結構，使得MWNTs長度變短，更容易堆積 MWNTs-NH2的FTIR分析 譜線 b 為MWNTs-COOH的FTIR曲線，其中3 427 cm-1處為OH基的伸縮振動峰1712cm-1處為C=O的伸縮振動峰，表明強酸的氧化處理確實使MWNTs上產(chǎn)生了羧基。譜線c為MWNTs-NH2的FTIR曲線，可以明顯地看到1 712 cm-1處羧基的C=O伸縮振動峰消失，而在1289 cm-1和1128 cm-1處分別出現(xiàn)了CN的伸縮振動峰和NH的彎曲振動峰；同時，屬于酰胺鍵中的C=O伸縮振動峰可能與在1629 cm-1處的MWNTs骨架的C=C伸縮振動峰重合，這說明縮合反應使EDA與

6、MWNTs-COOH通過酰胺鍵連接在了一起。 MWNTs-NH2的TG分析 從圖中可以看出：從室溫一直到800 ，MWNTs的熱分解平穩(wěn)而緩慢，質量損失率僅為 2.8 %，說明 MWNTs 具有良好的熱穩(wěn)定性；在200500 范圍內MWNTs-COOH的質量損失率達到 13 %，這是由 MWNTs-COOH 表面存在的羧基、羥基等官能團化學鍵的斷裂和熱分解造成的；而MWNTs-NH2的質量損失率達到20.46 %，這主要是由MWNTs-NH2上酰胺鍵的斷裂和EDA熱分解造成的。因此可以用MWNTs- NH2 在 200500 的質量損失率與MWNTs-COOH在200500 的質量損失率的差值

7、來近似表示EDA的接枝率。 MWNTs-NH2的XRD分析 3條曲線均在2=25.720處有一強峰，在2=44.800處有一弱峰，這分別是碳納米管在(002)晶面和(100)晶面的特征峰，說明改性并沒有破壞MWNTs的基本骨架結構。 MWNTs-NH2的Raman分析 圖中在1334 cm-1和1597 cm-1處存在兩個顯著的特征峰，1334 cm-1左右的拉曼峰源自CNTs管壁的無序結構，稱為D帶，代表sp3雜化碳；1 597 cm-1左右的拉曼峰源自CNTs上的石墨結構，稱為G帶代表sp2雜化碳。分別對D帶和G帶進行積分可得到各自的峰面積ID和IG，它們的比值ID/IG為峰強比該值越大，表示MWNTs受到破壞的程度越大。結論 (1) 將 MWNTs 經(jīng) 混 酸 氧 化 處 理 后 得 到 的MWNTs-COOH 與 EDA 通過復合催化體系 DCC-DMAP在較低的反應溫度(100 )和較短的反應時間(6 h)下反應可制備得到M