中國(guó)粉體網(wǎng)訊  碳納米管有單壁碳納米管(SWCNT)和多壁碳納米管(MWCNT)兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。理論上可將單壁碳納米管看成是由石墨片卷曲而成，并在其兩端罩上碳原子的封閉面。而多壁碳納米管則是若干個(gè)單壁碳納米管同軸套疊而成。

a、單壁碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖；b、多壁碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖
（來(lái)源：宋鑫：?jiǎn)伪谔技{米管的制備、提純及拉曼光譜研究）

自從1993年發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管以來(lái)，有關(guān)單壁碳納米管的制備、提純以及結(jié)構(gòu)表征等方面的研究工作受到了極大的關(guān)注。目前，制備單壁碳納米管的方法包括石墨電弧法、激光蒸發(fā)法和化學(xué)氣相沉積法(又稱催化裂解法)、火焰法和太陽(yáng)能法等。

對(duì)于單壁碳納米管而言，除了大規(guī)模制備以外，提純是影響其應(yīng)用的最大問(wèn)題，因?yàn)橹苽涞膯伪谔技{米管樣品常包含大量的雜質(zhì)。根據(jù)單壁碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)理，單壁碳納米管的雜質(zhì)主要包括碳雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)兩大類。

單壁碳納米管主要雜質(zhì)TEM圖
（來(lái)源：汪凱：?jiǎn)伪谔技{米管的純化研究）

離心分離法

離心分離法是借助離心力使密度不同的物質(zhì)得以分離的方法，研究人員采用離心分離法對(duì)單壁碳納米管進(jìn)行純化，發(fā)現(xiàn)較低的離心速度(2000g)可以分離出無(wú)定形碳雜質(zhì)，高離心速度(20000g)可以分離出碳納米顆粒雜質(zhì)。

離心分離法純化單壁碳納米管示意圖
（來(lái)源：汪凱：?jiǎn)伪谔技{米管的純化研究）

氣相氧化法

酸處理法

通常酸處理用來(lái)去除單壁碳納米管中的金屬催化劑雜質(zhì)。該方法不能去除樣品中所含的碳雜質(zhì)，而且當(dāng)催化劑金屬顆粒被碳雜質(zhì)包裹的時(shí)候，酸處理仍舊達(dá)不到目的，常用的酸有鹽酸、硝酸。

電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化法是基于碳納米管與無(wú)定形碳、碳納米顆粒的結(jié)構(gòu)差異所導(dǎo)致的化學(xué)穩(wěn)定性差別進(jìn)行提純。由于碳納米管的懸掛鍵極少，故反應(yīng)活性較低，電極表面上自由電子的數(shù)量也相對(duì)較低，進(jìn)而產(chǎn)生較大的電化學(xué)陽(yáng)極極化，使水的分解電壓升高。因此通過(guò)控制一定的電解反應(yīng)條件，可除去無(wú)定形碳和碳納米顆粒而剩下碳納米管。

退火法

由于高溫下(873-1873K)碳納米管會(huì)重新排列，會(huì)降低一些缺陷。另外，高溫還能使石墨碳和其他富勒烯雜質(zhì)裂解。而且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫真空處理(1873K)過(guò)程中，金屬催化劑將會(huì)被去除。

超聲法

利用超聲振動(dòng)方法將不同的納米粒子分離，由于超聲的作用使納米粒子更分散，決定超聲法成敗的關(guān)鍵是活化劑，溶劑以及所用的反應(yīng)劑。溶劑影響分散的單壁碳納米管的均勻性。

磁吸提純

該方法是用磁吸的方法將催化劑顆粒（通常為鐵，鈷，鎳等）與碳納米管分離，具體方法為將單壁碳納米管懸浮液同無(wú)機(jī)納米粒子混合(主要為氧化鋯或者碳酸鈣)并超聲，然后用一個(gè)永久磁極收集鐵磁粒子，化學(xué)處理后便獲得較高純度的單壁碳納米管。

磁吸提純裝置
（來(lái)源：宋鑫：?jiǎn)伪谔技{米管的制備、提純及拉曼光譜研究）

微過(guò)濾法提純

微過(guò)濾法是用過(guò)濾的方法將納米粒子雜質(zhì)與單壁碳納米管分離，一種分離富勒烯雜質(zhì)的方法為將實(shí)驗(yàn)所得碳納米管樣品溶于二硫化碳溶液，然后將該混合物通過(guò)濾網(wǎng)，由于富勒烯雜質(zhì)易溶于二硫化碳，因此便能有效去除該雜質(zhì)。

切割法

切割包括化學(xué)切割、機(jī)械切割或者兩者結(jié)合。化學(xué)切割，例如氟化單壁碳納米管，該方法可以將附著在管壁上的碳雜質(zhì)去除，只剩下較純凈的單壁碳納米管。機(jī)械切割，例如球磨法，該方法通過(guò)納米粒子之間的摩擦，將納米雜質(zhì)去除，但是該方法獲得的碳納米管較雜亂。化學(xué)以及機(jī)械切割法混用，例如將單壁碳納米管樣品溶于酸性溶液中并超聲，超聲振動(dòng)提供足夠的能量使碳管表面附著的催化劑顆粒脫離，而且由于酸的作用，碳管的缺陷將從碳管上脫落。

功能法

色譜法

該方法主要用來(lái)分離少量的較短的而且管徑分布較窄的單壁碳納米管。具體方法為將制備的碳納米管樣品通過(guò)一個(gè)裝有多孔材料的裝置，單壁碳納米管能否通過(guò)依賴于孔洞的大小，這就意味著有些較大的分子將會(huì)被過(guò)濾出去。孔洞的大小將會(huì)控制何種大小分布的樣品的分離，至于單壁碳納米管的分散和溶解可以用超聲法或者功能法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

綜合提純法

上述各種方法中，有的可有效去除孤立的碳納米顆粒、石墨片等雜質(zhì)，但提純效率低、產(chǎn)率低；有的方法可有效去除高活性的無(wú)定形碳、易溶于酸中的金屬顆粒等雜質(zhì)，但很難除去高穩(wěn)定性的石墨顆粒。為此，很多研究者結(jié)合各類方法的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展了許多綜合提純法。

參考來(lái)源：

宋鑫：?jiǎn)伪谔技{米管的制備、提純及拉曼光譜研究，首都師范大學(xué)2007年

汪凱：?jiǎn)伪谔技{米管的純化研究，廈門大學(xué)2019年

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！