表现出增强的溶解度的官能化碳纳米管及其制备方法

表现出增强的溶解度的官能化碳纳米管及其制备方法
【专利摘要】本文提供官能化碳纳米管和含有官能化碳纳米管的分散体。示例性官能化碳纳米管包括任选取代的基于茚的部分。本文提供制备官能化碳纳米管和含有官能化碳纳米管的分散体的方法。本文提供制备传导性碳纳米管分散体，包括膜的方法。这类方法包括在不存在外部施加能量的情况下在溶剂中加热碳纳米管，以获得包含结合到所述碳纳米管上的溶剂部分的加合物。在溶剂包含基于茚的化合物的情况下，由此制备的碳纳米管包含结合到所述碳纳米管上的任选基于茚的部分。
【专利说明】表现出增强的溶解度的官能化碳纳米管及其制备方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2010年12月17日提交的美国专利申请号61/424，425的权益。
[0003]领域
[0004]本申请涉及官能化碳纳米管的制备。具体地说，本申请涉及制备具有改善的溶解度特性的官能化碳纳米管的方法。
[0005]背景
[0006]纳米管是富勒烯结构家族(其还包括球形巴基球(buckyball))的成员，并且纳米管的末端可以使用巴基球结构的半球来封端。它们的名称来源于其具有由一个原子厚的碳片(称为单层石墨)形成的壁的长的空心结构。这些片以特定且离散的(“手性”)角度卷绕，并且卷绕角度和半径的组合决定了纳米管的特性；例如，单独的纳米管外壳是否是金属或半导体。纳米管分为单壁纳米管(SWCNT)和多壁纳米管(MWNT)。单壁碳纳米管由一个单一的折叠单层石墨片组成，而多壁碳纳米管由石墨的多个卷绕层(同心管)组成。
[0007]单壁纳米碳管(SWCNT)的特征在于它们独特的机械、电学以及光学特性。单独的SffCNT的拉伸强度可以大大超过30GPa，并且金属SWCNT绳索的电导率达到106S/m。SWCNT网络在沉积SWCNT分散体之后形成，所述SWCNT网络还允许在垂直于膜的平面的方向上的可见光和红外光透射。这个特性源于SWCNT的极小的直径(平均< 1.5nm)，外加典型值为1000-1500的大纵横(即，长度-直径)比。因此，透明传导性网络的形成是可能的。单一材料中的这类特性的组合将它们标记为与众不同的用于众多实验室证明的应用的候选物，所述应用如场效应晶体管、非易失性存储器、显示器、触摸屏、电池电极、超级电容器以及过滤薄膜。
[0008]出现的用于SW CNT的工业应用包括:具有更好的强度性能的聚合物复合物(Coleman, J.N.；Khan, U.；Blau, ff.J.和 Gun’ ko, Y.Κ., Small but strong:A review ofthe mechanical properties of carbon nanotube-polymer composites.Carbon 2006，44,1624-1652);允许航空和航天工业中的新概念(Jaeoby，Μ.，Composite Materials.C&EN，August 30，2004，第34-39页)；电子器件(例如，数据存储器、显示器、传感器、薄膜晶体管)(Cao，Q.和Rogers，J.A.,Ultrathin Films of Single-Walled Carbon Nanotubesfor Electronics and Sensors:AReview of Fundamental and Applied Aspects.Adv.Mater.2008，20，29-53)(Avouris，P.，Carbon Nanotube Electronics and Photonics.Physics Today 2009，34-40);蓄电池(Landi，B.J.；Ganter, M.J.；Schauerman, C.M.；Cress,C.D.和Raffaelle，R.P., Lithium 1n Capacity of Single Wall Carbon NanotubePaper Electrodes.J.Phys.Chem.C 2008，112，7509-7515) (Pushparaj, V.L ;Shaijumon，M.M.；Kumar, A.;Murugesan，S.;Ci，L.;Vajtai，R.;Linhardt，R.J.;Nalamasu，0.和Ajayan, P.M.，Flexible Ehergy Storate Devices Based on Nanocomposite Paper.Proc Natl Acad Sci USA 2007，101，13574-13577);超级电容器；用于去除病毒性和细菌性病原体的过滤薄膜(Brady-Estevez, A.S.;Kang，S.和 Elimelech，Μ.，A Single-WalIed-Carbon-Nanotube-FiIter for Removal of Viral and Bacterial Pathogens.Small 2008，4，481-484);化学和生物物种的检测(Heller, D.A.；Jin, H.；Martinez,B.Μ.；Patel, D.；Miller, B.M.；Yeung, T.-K.；Jena, P.V.；Hobartner, C.；Ha, T.；Silverman,S.K.和 Strano, M.S., Multimodal Optical Sensing and Analyte Specificity usingSingle-Walled Carbon Nanotubes.Nature Nanotechnology 2009,4,114-120);包括潜在的战剂(Lee, C.Y.；Sharma, R.；Radadia, A.D.；Masel, R.1.和 Strano, M.S.，On-ChipMicro Gas Chromatograph Enabled by a Noncovalently Functionalized Single-ffalledCarbon Nanotube Sensor Array.Angew.Chem.1nt.Ed.2008,47, 5018-5021);以及透明的导电电极(Eikos 公司，2009, www.eikos.com) (Unidym 公司，2009, www.unidym.com)，例如，用于LCD、触摸屏、以及柔性太阳能电池的导电电极(Contreras, M.A.；Barnes, T.；van de Lagemaat, J.；Rumbles, G.；Coutts, T.J.；ffeeks, C.；Glatkowski, P.；Levitsky,1.；Peltola, J.和 Britz, D., Replacement of Transparent Conductive Oxides bySingle-Wall Carbon Nanotubes in Cu (In, Ga) Se2-Based Solar Cells.J.Phys.Chem.C2007，111，14045-14048)。尽管在行业和应用中具有巨大潜力、尽管公告了传感器的商业化(Halford,B.,Carbon Nanotube Electronics Power Up.C&EN, 2005年 I 月 3 日，第 27页)、并且呈现了场效应显示器和平板TV屏的原型(Kanellos,M.Carbon TVs to Edge out Liquid Crystal, Plasma ? NEWS.COM，01/05/2005)，但没有以工业规模显著使用 SffCNT 的证据。然而，先前有关从2001年的小于I百万美元到2007年的2亿美元的大幅市场增长的予页测(Frost&Su11 i van, An Assessment on the Future of Carbon Nanotubes-Strategicof the Market and Potential.2004年6月)还未成真。使SWCNT的广泛使用成为可能要求呈以下形式的SWCNT的可用性:允许它们容易地添加并且足够均匀地与如其它化学品的主体混合或者均匀地沉积在基底上，而不损失SWCNT的有益特性如机械强度或电传导性或者能够恢复这些特性。
[0009]碳纳米管的化学改性的一个主要限制是它们在有机溶剂中的溶解度非常有限，这不允许均匀的基于溶液的反应，而所述反应对于纳米管的商业和工业应用是必要的。因此，需要将提高利用纳米管的能力、并且不牺牲它们的有益特性的溶液。
[0010]碳纳米管具有独特的特性使得它们除了可用于增强电传导性之外还可增强热传导性。特别令人感兴趣的 是，维持用于目标波长的电磁波的光学透明度(例如，不存在吸收和散射)，同时取得高电传导性。用于光伏(和其它)装置的透明导电电极仅仅是这类特性对其至关紧要的一个实例。然而，为了利用这些独特的特性，与一系列主体的可混和性或在其中的可分散性是必要的。呈固体状态的机械混合已经被用来利用所述碳纳米管，但是通常不允许在纳米级水平下的充分混合，因为单独的SWCNT之间基于范德华力的吸引(产生束)经常比SWCNT与主体之间的吸引力更强。诸如但不限于胆酸钠和十二烷基硫酸钠(SDS)的表面活性剂可以环绕单独的SWCNT并且打破束缚力，例如引起松散，还称为剥离。然而，为了实现这个结果，要求大量的表面活性剂，所述表面活性剂经常对生成的混合物的特征造成负面影响。还尝试过碳纳米管的液体分散体。在某些情况下，已经通过至少部分剥离(例如，松散)单独的碳纳米管获得了液体分散体。
[0011]在配制它们之后，这类碳纳米管分散体可以与其它材料(例如，其电传导性旨在被增加的聚合物)的溶液混合，或者使用既定的涂布技术如浸涂和喷涂或喷墨印刷而沉积在基底上。[0012]然而，碳纳米管最多在几乎所有已知的溶剂中仅具有不佳的可溶性。在许多情况下，碳纳米管完全不可溶，例如，在添加的SWCNT沉淀之后不能实现可见的着色，这与< 0.01mg/mL的浓度一致。因此，溶解度的增强是必要的。
[0013]化学官能化是实现在选择的溶剂中的溶解度增强的另一个途径。官能团的类型将影响适合于产生分散体的溶剂的特性。官能化策略通常分为两种不同的方法(例如，X.Peng和S.S.Wong, Adv.Mater.2009,625-642)。在第一种方法中，氧合的化学基团如羧酸(-C00H)通过使用硝酸(HNO3)进行处理被引入到纳米管表面的尖端和缺损部位上。酰胺化和酯化被用于如烷基链、聚乙二醇、芳香族种类或仿生部分的分子部分的随后连接。在第二种方法中，在纳米管表面上进行共价侧壁反应。极性的、周环的且自由基反应被用来在碳纳米管的表面上构造碳-碳和碳-杂原子键。有机官能化策略的实例包括氮烯和碳烯的[2+1]环加成作用、甲亚胺叶立德的1，3_偶极环加成作用、以及与重氮化合物的反应。
[0014]虽然反应通常与C6tl和C7tl富勒烯的那些反应类似，但存在差异。例如，已经报道了 [4+2]环加成作用，如邻醌二甲烷的狄尔斯-阿尔德环加成作用。然而，不像与C6tl的反应(Belik 等,Angew.Chem.1nt.Ed.Engl.1993, 32, 78-80),微波福射是需要的。类似地,丙二酸衍生物的环丙烷化可以使用富勒烯(C.Bingel, Chem.Ber.1993，126，1957-1959.)和超短的(20至80nm)碳纳米管在温和条件下来进行，然而微波辅助对于更长的管是必要的。
[0015]概述
[0016]本文提供了一种用于碳纳米管的新的廉价且可规模化的官能化方法。在一方面，通过狄尔斯-阿尔德反应将茚添加到如此产生并纯化的碳纳米管中以提供高浓度的良好分散的碳纳米管。在某些实施方案中，[4+2]狄尔斯-阿尔德反应使用反应物作为溶剂(即，后者是大大过量的)来实行。在其它实施方案中，狄尔斯-阿尔德反应物经由溶剂系统来递送。已经观察到在某些溶剂系统，如丙二醇甲醚乙酸酯(PGMEA)、乙醇以及四氢呋喃(THF)中的大大提高的溶解度。在一个实施方案中，已经证实了基于官能化碳纳米管在THF中的选择性溶解度的纯化程序。
[0017]在一方面，提供了一种制备 官能化碳纳米管的方法。所述方法包括在不存在外部施加能量的情况下在包含任选取代的多环芳香族化合物的溶剂中加热碳纳米管。所述方法是在足以获得包含结合到所述碳纳米管上的多环芳香族部分的加合物的条件下进行的。
[0018]在一些实施方案中，所述任选取代的多环芳香族化合物是任选取代的基于茚的化合物。在一些实施方案中，溶剂是基于茚的化合物。在其它实施方案中，所述任选取代的基于茚的化合物包含选自由以下各项组成的组的一个或多个官能团=C1-C12烷基、C3-C12烯基、C1-C12醇、卤素、金属卤化物、羧酸、酯、醚、聚乙二醇、-NH2、NHR、-CONH、-SO3H,酮、醛、任选取代的苯基、任选取代的苄基及其混合物，或者其中所述任选取代的基于茚的化合物与一个或多个另外的芳环稠合。在这些实施方案中，其中R是C1-C12烷基、C3-C12烯基、卤素或其混合物。在另外的实施方案中，多环芳香族烃包括任选取代的萘、菲或蒽。
[0019]在一些实施方案中，制备官能化碳纳米管的方法的加热步骤包括在所述溶剂中使碳纳米管回流或者在所述溶剂中使碳纳米管熔融。例如，在一些实施方案中，回流在反应物(溶剂和芳香族化合物)在室温下是液体的情况下提供。在其它实施方案中，熔融在反应物中的至少一种在室温下是固体的情况下提供。
[0020]在一些实施方案中，所述碳纳米管在产生官能化碳纳米管的反应之前进行纯化。在其它实施方案中，所述碳纳米管的纯度大于95%。在另外的实施方案中，所述碳纳米管的纯度至少为70%。
[0021]在另一方面，提供了稳定的碳纳米管分散体。所述分散体包括官能化碳纳米管群体和溶剂。在一些实施方案中，所述官能化碳纳米管包括任选取代的基于茚的部分。在一些实施方案中，分散体中的溶剂包括水、THF、PGMEAjf (例如，甲醇和乙醇)、己烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯或其混合物。
[0022]在一些实施方案中，所公开的稳定的碳纳米管分散体的碳纳米管含量大于1.5mg/mL。在其它实施方案中，所述碳纳米管分散体的碳纳米管含量大于1.6mg/mL。
[0023]在另一个方面，公开了制备以上所述的稳定的碳纳米管分散体的方法。所述方法包括提供官能化碳纳米管群体并且将所述碳纳米管群体分散于溶剂中。在一些实施方案中，所述溶剂包括水、THF、PGMEA、醇(例如，甲醇和乙醇)、己烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯或其混合物。在一些实施方案中，所述稳定的碳纳米管分散体通过在所述溶剂中对官能化碳纳米管进行声波处理来制备。
[0024]在另外的实施方案中，所述制备稳定的碳纳米管分散体的方法还包括通过萃取或浙滤将官能化碳纳米管与溶剂分离的步骤。在一些实施方案中，所述萃取是固-液萃取(例如，索氏萃取)，而在其它实施方案中，所述萃取是液-液萃取。
[0025]在又一个方面，提供了包含碳纳米管和共价结合到所述碳纳米管上的至少一个基于茚的官能团的官能化碳纳米管。在一些实施方案中，所述至少一个基于茚的官能团任选被共价结合到所述基于茚的官能团的六元环上的多达四个化学部分取代。在一些实施方案中，所述化学部分独立地包括C1-C12烷基、C3-C12烯基、C1-C12醇、卤素、金属卤化物、羧酸、酯、醚、聚乙二醇、-NH2, NHR、-CONH、-SO3H、酮、醛、任选取代的苯基、任选取代的苄基及其混合物。在这些实施方案中，R是C1-C12烷基、C3-C12烯基、卤素或其混合物。在一些实施方案中，所述官能化碳纳米管通过以下方式来制备:在不存在外部施加能量的情况下在基于茚的溶剂中使碳纳米管回流，从而`获得包含结合到碳纳米管上的基于茚的溶剂的加合物。
[0026]在一方面，提供了一种制备传导性碳纳米管的方法。所述方法包括(a)使多个碳纳米管与任选取代的基于茚的化合物在足以产生多种茚-碳纳米管加合物的条件下进行反应；(b)将所述多种茚-碳纳米管加合物分散在溶剂中；(C)将所述茚-碳纳米管加合物分散体施加到基底上；以及(d)在足以增大电传导性的条件下加热所述含有茚-碳纳米管加合物的基底。在一些实施方案中，所述电传导性增加至少30 %、至少40 %或至少约50 %。在一些实施方案中，所述传导性碳纳米管形成了传导性膜。
[0027]在一些实施方案中，所述方法包括在加热所述基底的步骤之前去除溶剂的步骤。
[0028]在另一个方面，提供了分离包括多个半导体纳米管和多个金属纳米管的群体的方法。所述方法包括对所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者进行选择性地官能化，并且根据官能团的存在(例如，根据与非官能化的纳米管相比在官能团的化学特性方面的差异)，将所述多个半导体纳米管与所述多个金属纳米管分离。在一些实施方案中，所述选择性地官能化的步骤包括在不存在外部施加能量的情况下在基于茚的溶剂中使纳米管群体回流，以获得包含选择性地结合到所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者上的基于茚的溶剂的加合物。在一些实施方案中，所述分离步骤包括选择性萃取或浙滤所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者。在一些实施方案中，所述分离步骤包括固-液萃取或液-液萃取。
[0029]附图简述
[0030]本发明的以上和其它目的和优点通过考虑结合附图的以下详细说明将变得明显， 在附图中自始至终相似的参考符号指代相似的部分，并且其中：
[0031]图I是使用785nm的激发波长产生的、茚官能化所产生的SWCNT的拉曼光谱的图
/Jn ο
[0032]图2是在如实施例I所述的官能化之前，使用785nm的激发波长产生的、所产生的 SffCNT的拉曼光谱的图示。如针对官能化所用。
[0033]图3是与对应的起始材料（非官能化的）的热分析图重叠的官能化所产生的 SffCNT的热分析图的图示，所述图示描绘了在氮下在7. 5K/min的加热速率下对两种材料进 行的热重量分析（TGA)。
[0034]图4a是使用扫描电子显微镜术（SEM)得到的茚官能化所产生的SWCNT的显微照 片图像。
[0035]图4b是使用透射电子显微镜术（TEM)得到的茚官能化所产生的SWCNT的显微照 片图像。
[0036]图5a是在785nm的激发波长下，官能化的纯化SWCNT的拉曼光谱的图示。
[0037]图5b是在785nm的激发波长下，SffCNT起始材料（非官能化的)的拉曼光谱的图
/Jn ο
[0038]图6是与对应的起始材料（非官能化的)的热分析图重叠的官能化的纯化SWCNT 的热分析图的图示，所述图示描绘了在氮下在7. 5K/min的加热速率下对两种材料进行的 热重量分析(TGA)。
[0039]图7是与对应的起始材料（非官能化的）的热分析图重叠的官能化的纯化SWCNT 的热分析图的图示，所述图示描绘了在空气下在7. 5K/min的加热速率下对两种材料进行 的热重量分析(TGA)。
[0040]图8a是使用扫描电子显微镜术（SEM)得到的茚官能化的纯化SWCNT的显微照片 图像。
[0041]图Sb是使用透射电子显微镜术（TEM)得到的茚官能化的纯化SWCNT的显微照片 图像。
[0042]图9a是官能化的纯化SWCNT的红外光谱的图示。
[0043]图9b是在官能化之前，纯化的SWCNT的红外光谱的图示。
[0044]图IOa是在5000rpm下离心之后，官能化的纯化SWCNT在乙醇中的分散体的 UV-vis光谱的图示。
[0045]图IOb是在5000rpm下离心之后，官能化的纯化SWCNT在PGMEA中的分散体的 UV-v is光谱的图示。
[0046]图IOc是在5000rpm下离心之后，官能化的纯化SWCNT在THF中的分散体的UV-vis 光谱的图示。
[0047]图IOd是所产生的SWCNT的UV-vis光谱的图示。
[0048]图11是以两种不同浓度（O. 2mg/mL (左试管）和O. 5mg/mL(右试管））分散在THF 中的官能化的纯化SWCNT的照片描绘。[0049]图12a是在IOOOrpm下离心之后，以两种不同浓度(0.2mg/mL (左试管)和0.5mg/mL(右试管))分散在THF中的官能化的纯化SWCNT的照片描绘。
[0050]图12b是在2000rpm下离心之后，以两种不同浓度(0.2mg/mL (左试管)和0.5mg/mL(右试管))分散在THF中的官能化的纯化SWCNT的照片描绘。
[0051]图12c是在5000rpm下离心之后，以两种不同浓度(0.2mg/mL (左试管)和0.5mg/mL(右试管))分散在THF中的官能化的纯化SWCNT的照片描绘。
[0052]图12d是在7500rpm下离心之后，以两种不同浓度(0.2mg/mL (左试管)和0.5mg/mL(右试管))分散在THF中的官能化的纯化SWCNT的照片描绘。
[0053]图13是通过在THF中重结晶而进一步纯化之后，使用785nm的激发波长产生的、官能化的纯化SWCNT的拉曼光谱的图示。
[0054]图14是通过在THF中重结晶而进一步纯化之后，官能化的纯化SWCNT的UV-vis光谱的图示。
[0055]发明详述
[0056]本文描述了官能化碳纳米管的制备。还描述了所公开的官能化的纳米管的分散体，以及制备这类分散体的方法。
[0057]在一个实施方案中，制备官能化碳纳米管的方法包括在基于茚的溶剂中加热碳纳米管。例如，在一些实施方案中，所述加热步骤包括在溶剂中使碳纳米管回流。在一个实施方案中，狄尔斯-阿尔德反应产生了基于茚的溶剂与纳米管的[4+2]加成产物。根据一个实施方案的碳纳米管与茚或官能化的茚的反应的一般反应方案显示在方案I中。在方案I中，有机溶剂是茚可溶于其中的常见有机溶剂(如，甲苯、二甲苯、氯苯)或反应物，例如茚或官能化的茚。已经出人意料地发现，所公开的方法在除了热量以外不添加外部施加能量(例如，微波、UV照射或超声)的情 况下成功地实现了碳纳米管的官能化。此处描述的方法可以在任何实验室中进行、易于缩放并且不需要任何复杂的或昂贵的设备。
[0058]
方案I
[0059]在一些实施方案中，所述碳纳米管是单壁碳纳米管。在其它实施方案中，所述碳纳米管是多壁碳纳米管。例如，在一些非限制性实施方案中，所述纳米管具有至少两个壁(即，双壁的)。在其它实施方案中，所述纳米管具有3至12个壁。在另外的实施方案中，所述纳米管具有小于12个壁。在又一个实施方案中，所述纳米管具有在2与6个之间的壁。在一些实施方案中，所述碳纳米管具有在2与8个之间的壁。在另外的实施方案中，所述碳纳米管具有在2与10个之间的壁。在示例性非限制性实施方案中，所述碳纳米管具有2、4、
6、8、10或12个壁。[0060]在另一个实施方案中，提供单壁和多壁碳纳米管的混合物。例如，在一些实施方案中，提供单壁和双壁纳米管的混合物。在另外的实施方案中，提供单纳米管和多壁碳纳米管的混合物。在另一个实施方案中，提供多壁碳纳米管的混合物，其中所述混合物包括具有各种壁构型的纳米管。
[0061]在一些实施方案中，所述反应物是官能化的茚。在一些实施方案中，所述官能化的茚并入共价结合到茚基团的六元环上的化学官能团(例如，化学部分)。例如，在一些非限制性实施方案中，所述茚基团包括共价结合到所述茚基团的六元环上的一个化学官能团。在其它非限制性实施方案中，所述茚基团包括共价结合到所述茚基团的六元环上的两个化学官能团。在又一个非限制性实施方案中，所述茚基团包括共价结合到所述茚基团的六元环上的三个化学官能 团。在另外的非限制性实施方案中，所述茚基团包括共价结合到所述茚基团的六元环上的四个化学官能团(即，其被官能团完全饱和)。
[0062]示例性官能化的茚包括但不限于已经被改性成包括以下各项中的一种或多种的茚-C1-C12烷基、C3-C12烯基、卤素(例如，溴、氯或氟)、金属卤化物(例如，卤化镁)、C1-C12醇(例如，-R0H)、羧酸(例如，-C00H)、酯(例如，-C00R)、醚(例如，-0R)、聚乙二醇、-NH2,NHR、-C0NH、_S03H、酮(例如，-C0R)、醛(例如，-CH0)、苯基、苄基(例如，-CH2-C6H5)、具有之前列出的其它官能化的基团中的任一个或在先前官能度之间的组合的苯基或苄基。在一些实施方案中，R是C1-C12烷基、C3-C12烯基或卤素(例如，溴、氯或氟)。在一些非限制性实施方案中，R或官能团是C1-C12烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基中的一种或多种)。在其它非限制性实施方案中，R或官能团是C1-C6烷基。在另外的非限制性实施方案中，R或官能团是C3-C8烷基。化学基团到茚中的六元环上的附接是借助于广为所知的允许芳环的官能化的反应方案(如弗里德尔-克拉夫茨反应(Friedel-Crafts reaction) (I))来实行。在其它实施方案中，利用格利雅反应(II)来经由烷基-或芳基-卤化镁的羰基碳来添加醛或酮。在另外的实施方案中，通过在添加镁之后进行卤化作用(例如，与Br2/FeBr3反应)形成了茚基-卤化镁。
【权利要求】
1.一种制备官能化碳纳米管的方法，其包括:在不存在外部施加能量的情况下在包含任选取代的多环芳香族化合物的溶剂中加热碳纳米管，以获得包含结合到所述碳纳米管上的多环芳香族部分的加合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述任选取代的多环芳香族化合物是任选取代的基于茚的化合物。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述溶剂是基于茚的化合物。
4.如权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述任选取代的基于茚的化合物包含选自由以下各项组成的组的一个或多个官能团:C「C12烷基、C3-C12烯基、C1-C12醇、齒素、金属卤化物、羧酸、酯、醚、聚乙二醇、-NH2, NHR、-C0NH、-SO3H、酮、醛、任选取代的苯基、任选取代的苄基及其混合物，其中R是C1-C12烷基、C3-C12烯基、齒素或其混合物，或者其中所述任选取代的基于茚的化合物与一个或多个另外的芳环稠合。
5.如权利要求1、2或4中任一项所述的方法，其中所述多环芳香族烃包括任选取代的萘、菲 或蒽。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述加热步骤包括在所述溶剂中使所述碳纳米管回流或者在所述溶剂中使所述碳纳米管熔融。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管在反应之前被纯化。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述碳纳米管的纯度大于95%。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管的纯度至少为70%。
11.一种稳定的碳纳米管分散体，其包含其中所述官能团包含任选取代的基于茚的部分的官能化碳纳米管群体和溶剂。
12.如权利要求11所述的稳定的碳纳米管分散体，其中所述溶剂包括水、THF、PGMEA、醇(例如，甲醇和乙醇)、己烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯或其混合物。
13.如权利要求11或权利要求12所述的稳定的碳纳米管分散体，其包含单壁碳纳米管。
14.如权利要求11至13中任一项所述的稳定的碳纳米管分散体，其中所述碳纳米管的含量大于1.5mg/mL。
15.如权利要求14所述的稳定的碳纳米管分散体，其中所述碳纳米管的含量大于1.6mg/mL。
16.一种制备如权利要求11至15中任一项所述的稳定的碳纳米管分散体的方法，其包括:提供官能化碳纳米管群体；并且将所述碳纳米管群体分散在溶剂中，所述溶剂包括水、THF、PGMEAj?(例如，甲醇和乙醇)、己烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯或其混合物。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述稳定的碳纳米管分散体通过在所述溶剂中对官能化碳纳米管进行声波处理来制备。
18.如权利要求16或权利要求17所述的方法，其进一步包括通过萃取或浙滤将所述官能化碳纳米管与所述溶剂分离的步骤。
19.如权利要求18所述的方法,其中所述萃取是固-液萃取、液-液萃取或索氏萃取。
20.一种官能化碳纳米管，其包含碳纳米管和至少一个共价结合到所述碳纳米管上的基于却的官能团。
21.如权利要求20所述的官能化碳纳米管，其中所述至少一个基于茚的官能团任选被共价结合到所述基于茚的官能团的六元环上的多达四个化学部分取代。
22.如权利要求21所述的官能化碳纳米管，其中所述化学部分独立地包括C1-C12烷基、C3-C12烯基、C1-C12醇、卤素、金属卤化物、羧酸、酯、醚、聚乙二醇、-NH2、NHR,-CONH^-SO3H,酮、醛、任选取代的苯基、任选取代的苄基及其混合物，其中R是C1-C12烷基、C3-C12烯基、齒素或其混合物。
23.如权利要求20至22中任一项所述的官能化碳纳米管，其中所述碳纳米管是单壁的。
24.如权利要求20至23中任一项所述的官能化碳纳米管，其通过以下方式来制备:在不存在外部施加能量的情况下在基于茚的溶剂中使所述碳纳米管回流，以获得包含结合到所述碳纳米管上的所述基于茚的溶剂的加合物。
25.—种制备传导性碳纳米管的方法，其包括:使多个碳纳米管与任选取代的基于茚的化合物在足以产生多种茚-碳纳米管加合物的条件下进行反应；将所述多种茚-碳纳米管 加合物分散在溶剂中；将所述茚-碳纳米管加合物分散体施加到基底上；在足以将电传导性增大至少约50%的条件下加热所述含有茚-碳纳米管加合物的基。
26.如权利要求25所述的制备传导性碳纳米管的方法，其进一步包括在加热所述基底的步骤之前去除所述溶剂的步骤
27.如权利要求25至26所述的制备传导性碳纳米管的方法，其中所述传导性碳纳米管形成传导性膜。
28.如权利要求25至27中任一项所述的方法，其中所述碳纳米管是单壁的。
29.一种分离包括多个半导体纳米管和多个金属纳米管的群体的方法，所述方法包括:选择性地对所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者进行官能化，并且根据官能团的存在将所述多个半导体纳米管与所述多个金属纳米管分离。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述选择性地官能化的步骤包括在不存在外部施加能量的情况下在基于茚的溶剂中使所述群体回流，以获得包含选择性地结合到所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者上的基于茚的溶剂的加合物。
31.如权利要求29至30所述的方法，其中所述分离步骤包括选择性萃取或浙滤所述多个半导体纳米管或所述多个金属纳米管中的一者。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述分离步骤包括固-液萃取或液-液萃取。
【文档编号】C01B31/02GK103429529SQ201180061274
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年12月19日 优先权日:2010年12月17日
【发明者】H·里希特, R·西瓦拉詹 申请人:Nano-C公司