一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法及其应用。采用的技术方案是：以碳纳米管CNT作为基底，加入碳点CDs，经超声，搅拌，离心，得复合物CNT‑CDs；调节体系为碱性并加入引发剂(AIBA)，在氮气保护下，于35～40℃反应2～3h，再加入纯化的AA(丙烯酸)，再于80～90℃反应4～6h，离心洗涤，得基于碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT‑CDs‑PAA。采用本发明专利技术的方法制备的pH敏感型复合材料CNT‑CDs‑PAA，实现了无损化修饰，所制得的pH敏感智能响应性材料既保持了CNTs的性质与形貌，又同时兼有PAA的pH敏感性。

A Method of Constructing pH Sensitive Carbon Nanotube Composites Based on Carbon Point Modification and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法及其应用
本专利技术属于化学合成领域，具体的涉及一种基于碳点组装，将CNTs与PAA经过CDs的连接，实现无损化修饰，所制得的温敏智能响应性材料CNT-CDs-PAA既保持了CNTs的性质与形貌，又同时兼有PAA的pH敏感性。
技术介绍
由于外部温度、pH值、光照、变焦、盐类、电场和压力等外部环境的微小变化，智能设备的性能(例如，体积变化)会发生显著的变化。它们在组织工程、药物控释载体、再生反应等领域有着潜在的应用前景。材料科学和聚合物科学的研究人员几十年来一直关注它们的内在响应特性。其中，pH响应材料是研究最多的，然而，其无法与无机物的结合制约了其广泛应用。碳作为著名的无机物之一，以其独特的一维性为基础，在各种研究中显示出巨大的潜力，具有优良的机械、光学和电子性能以及较高的化学稳定性。这些特性在复合材料、场发射显示、储能、传感器、扫描探针、载药载体等方面有着广泛的应用前景。然而，要实现其在各种应用中发展新型功能性高品质产品的充分前景，分离和均匀分散是基本前提。多壁碳在水介质中通过非超临界相互作用实现稳定，对该材料在实际应用中具有潜在的优点，因其优异的排放性能、良好的水溶性和能量转换能力而成为一种新兴的碳材料。从低成本碳源合成的简单方法，再加上表面的再加工，使碳点广泛应用于传感器和成像等领域。杂原子的掺杂以及在合成过程中使用不同前体引入不同的表面官能度可以直接调节物理化学性质。同样，碳点可以与疏水材料相互作用，使疏水核与碳点表面上的亲水官能团一起赋予它们表面活性剂如两亲性质。近几年来，碳点复合材料得到了发展，并在器件中得到了广泛的应用。在这些方法中，无论是化学方法还是聚合物包埋法，都被用于分散在水中，碳点的类表面活性剂行为导致碳点在水中形成稳定的碳点复合物。但现阶段，其与无机物的结合通常都要以破坏无机物表面为代价，无法直接与无机物结合或者修饰，破坏了其自身结构与性质，限制了他的应用，所以要研制一种可将其与无机物无损化修饰的连接方式。因此，专利技术一个既能在保留pH敏感性能前提下与无机物结合，又能保持无机物本身性能的技术方案就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法。采用本专利技术的方法制备的pH敏感型复合材料CNT-CDs-PAA，实现了无损化修饰，所制得的pH敏感型复合材料CNT-CDs-PAA既保持了CNTs的性质与形貌，又同时兼有PAA的pH敏感性。本专利技术采用的技术方案是：一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法，是将CNTs与PAA经过CDs无损化连接在一起后，构建碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT-CDs-PAA。一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法，包括如下步骤：1)以碳纳米管CNT作为基底，加入碳点CDs，经超声，搅拌，离心，得复合物CNT-CDs；2)调节体系为碱性，在氮气保护下，于CNT-CDs中加入引发剂，在N2保护下35～40℃反应2～3h，再加入纯化的丙烯酸(AA)，在N2保护下80～90℃反应4～6h，离心洗涤，得基于碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT-CDs-PAA。优选的，步骤1)具体为：以碳纳米管CNT作为基底，加入碳点CDs，先超声3～4h，再搅拌3～4h，重复超声和搅拌3～5次后，将混合液倒入离心管中，于11000r离心30min留下离心管壁上的黑色物，加入去离子水溶解黑色物后再于11000r离心30min，将离心管壁上的黑色物，反复加水离心4～5次后，得到复合物CNT-CDs。优选的，所述碳点CDs的制备方法包括如下步骤：取柠檬酸和甘氨酸，加水，超声至溶解，置入反应釜中，在170～190℃下反应6～7h，静置，冷却，过滤，得碳点CDs。优选的，按质量比，柠檬酸:甘氨酸＝1:1。优选的，步骤2)，调节体系为碱性至pH值为9～10。优选的，所述纯化的丙烯酸AA是，将丙烯酸AA进行减压蒸馏3h，收集65℃的馏分。优选的，所述引发剂是偶氮二异丁腈(AIBA)。优选的，步骤2)中，所述离心洗涤是：用去离子水进行离心洗涤。按照上述方法制备的基于碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT-CDs-PAA作为pH敏感性材料的应用。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术采用多壁碳纳米管为碳源制备了CNT-CDs，将CNT经过超声、搅拌与CDs结合在一起。由于碳点的亲水性，CNT-CDs与CNT相比，具有明显的亲水性，使得CDs在CNT表面进行了无损化修饰。采用CNT-CDs作为基底，通过官能团反应制备了CNT-CDs-PAA复合物，形成基于碳点组装的具有pH敏感性质的智能碳管。经过CDs与PAA修饰后的CNT即具有亲水性，又具备pH敏感性且保留了CNT本身的性能。2)本专利技术成功制备了新型智能性材料基于碳点组装的智能碳纳米管CNT-CDs-PAA，制备方法简单，并建立了一种无损化修饰CNTs的新方法。3)本专利技术考察了CNT-CDs无损化修饰，现有技术中对于CNTs的修饰多采用酸破坏其表面进行修饰，本专利技术利用CDs与CNTs的π-π作用，使得修饰后的CNTs既能呈现亲水性能，又能保持其本身良好的性能，从而体现出常规CNTs修饰所不能比拟的巨大优势，使CNTs真正意义上以其高质量投入到后续应用。4)本专利技术制备了CNT-CDs纳米材料，并将其作为CNT-CDs-PAA反应的材料，不仅其制作简单，成本低廉，而且产率高，所制得CNT-CDs纳米材料可完全将未反应的CDs去除，减少CDs对反应的干扰。5)本专利技术所设计合成的新型智能性材料基于碳点组装的智能碳纳米管CNT-CDs-PAA，通过官能团作用，将CNT-CDs与PAA无损化连接在一起，使组装后的智能碳纳米管CNT-CDs-PAA既有pH敏感性材料PAA的智能响应性，又同时兼顾CNTs的性质，以CDs为连接真正做到无损化修饰。附图说明图1是CDs、CNTs、CNT-CDs、CNT-PAA和CNT-CDs-PAA的TEM图；其中，A:CDs(Inset:Ⅰ为CDs的局部放大图，Ⅱ为数码照片)；B:CNTs(Inset:Ⅰ为CNTs的局部放大图，Ⅱ为数码照片)；C:CNT-CDs(Inset:Ⅰ为CNT-CDs的局部放大图，Ⅱ为数码照片)；D:CNT-PAA(Inset:Ⅰ为CNT-PAA的局部放大图，Ⅱ为数码照片)；E:CNT-CDs-PAA(Inset:Ⅰ为CNT-CDs-PAA的局部放大图，Ⅱ为数码照片)。图2是CDs(a)和CNT-CDs(b)的发射光谱(Inset:Ⅰ为CDs、Ⅱ为CNT-CDs的紫外灯照射下的数码照片)。图3是CNT-CDs(a)、CNT-CDs-PAA(b)和CDs(c)的UV-Vis。图4是CNTs(a)、CNT-CDs(b)、CNT-CDs-PAA(c)、PAA(d)和CDs(e)的红外图。图5是CNTs(a)、CNT-CDs(b)、CDs(c)、CNT-CDs-PAA(d)和PAA(e)的TGA曲线。图6是CNT-CDs(a)、PAA(b)、CNT-CDs-PAA(c-碱)、CNT-CDs-PAA(d-酸)和CNTs(e)的拉曼图。图7是CNT-CDs-PAA在pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，是将CNTs与PAA经过CDs无损化连接在一起后，构建碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT‑CDs‑PAA。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳点修饰构建pH敏感型碳纳米管复合材料的方法，其特征在于，是将CNTs与PAA经过CDs无损化连接在一起后，构建碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT-CDs-PAA。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)以碳纳米管CNT作为基底，加入碳点CDs，经超声，搅拌，离心，得复合物CNT-CDs；2)调节体系为碱性，在氮气保护下，于CNT-CDs中加入引发剂，在N2保护下35～40℃反应2～3h，再加入纯化的丙烯酸AA，在N2保护下80～90℃反应4～6h，离心洗涤，得基于碳点修饰的pH敏感型碳纳米管复合材料CNT-CDs-PAA。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)具体为：以碳纳米管CNT作为基底，加入碳点CDs，先超声3～4h，再搅拌3～4h，重复超声和搅拌3～5次后，将混合液倒入离心管中，于11000r离心30min留下离心管壁上的黑色物，加入去离子水溶解黑色物后再于11000r离心3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，解晓妍，夏立新，田慧，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21