一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，属于碳纳米材料技术领域。所述制备方法包括以下步骤：(1)将单壁碳纳米管和多巴胺盐酸盐加入到Tris

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米材料
，特别涉及一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子器件微型化的发展，硅基半导体器件已渐近其材料与物理极限。碳基分子器件逐渐被认为是取代硅基电子器件的最佳选择。新型碳基材料如石墨烯，碳纳米管等因其优良物理性能正成为制造下一代新型电子器件材料的主力军。近年来，关于石墨烯和碳纳米管的复合材料越来越受到关注，因为它不仅具有石墨烯和碳纳米管各自的各种优良特性，还表现出石墨烯和碳纳米管所不具备的优异物理化学性能，并已可成功应用于电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器等领域。
[0003]石墨烯纳米带(GNR)单壁碳纳米管(SWCNT)分子内异质结，由于异质结独特的光电特性使其在未来具有众多潜在应用，因此已被广泛研究。GNR是一种对宽度和边缘严重依赖的材料，根据宽度和边缘，GNR既可以是金属性的，也可以是半导体性的。根据手性的不同，SWCNT既可以是金属性的，也可以是半导体性的。这种灵活的可调性使得由SWCNT与GNR组成的异质结在器件领域有着良好的应用。
[0004]现有的制备GNR的方法包括插层剥离解链碳纳米管法、化学侵蚀解链碳纳米管法、声化学解链碳纳米管、等离子刻蚀解链碳纳米管法、电化学刻蚀解链碳纳米管和过渡金属催化解链碳纳米管法等。其中等离子刻蚀解链碳纳米管法、电化学刻蚀解链碳纳米管和过渡金属催化解链碳纳米管法步骤复杂，对设备的要求高；插层剥离解链碳纳米管法、化学侵蚀解链碳纳米管法和声化学解链碳纳米管虽然对于设备要求不高，但是制备的GNR存在各种缺点，例如插层剥离解链碳纳米管法和化学侵蚀解链碳纳米管法会破坏GNR的结构，导致其电性能降低，声化学解链碳纳米管虽然制备出的GNR性能较高，但产率极低，仅为2％左右；且目前的制备方法中，仅有过渡金属催化解链碳纳米管法能够控制碳纳米管的解链程度。因此，提供一种方法简单，且能够控制解链程度的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，对于本领域而言具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，通过简单的方法制备出解链程度可控的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结，制备过程中对设备要求低，便于该制备方法的推广和应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一：提供一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将单壁碳纳米管和多巴胺盐酸盐加入到Tris
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HCl缓冲液中，置于黑暗环境中反应，过滤，得到聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管；
[0009](2)将步骤(1)制得的聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管分散在硫酸溶液中，加入浓磷酸，升温，加入高锰酸钾，反应完成后冷却至室温，加入双氧水，过滤，水洗至中性，得到解链单壁碳纳米管；
[0010](3)将步骤(2)得到的解链单壁碳纳米管焙烧，焙烧产物用盐酸溶液超声处理，过滤，加入氢碘酸溶液进行还原反应，反应后过滤，制得石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结。
[0011]优选的，步骤(1)中所述单壁碳纳米管与所述多巴胺盐酸盐的质量比为1:(0.01～0.2)；所述单壁碳纳米管与所述Tris
‑
HCl缓冲液的质量与体积比为1g:(10～15)L；所述Tris
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HCl缓冲液的配制方法为：将10mL 0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷溶液与8mL 0.1mol/L盐酸混匀后，加水稀释至1000mL。
[0012]优选的，步骤(1)中所述黑暗环境中反应的时间为18～24h。
[0013]优选的，步骤(2)中所述聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管、硫酸溶液与浓磷酸的质量与体积之比为1g:(200～300)mL:(30～35)mL；所述硫酸溶液为质量分数40～50％的硫酸水溶液。
[0014]优选的，步骤(2)中所述升温为温度升高至75～80℃；所述高锰酸钾与所述聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管的质量比为1:(2～3)；所述反应的时间为2～3h。
[0015]优选的，其特征在于，步骤(2)中所述双氧水为质量分数30％的过氧化氢水溶液。
[0016]优选的，其特征在于，步骤(3)中所述盐酸溶液为pH＝3.0～3.5的盐酸水溶液。
[0017]优选的，步骤(3)中所述解链单壁碳纳米管焙烧的温度为450～500℃，时间为1.5～2h。
[0018]优选的，步骤(3)中所述氢碘酸溶液为质量分数55～60％的氢碘酸水溶液；所述还原反应的时间为6～8h。
[0019]本专利技术技术方案之二：提供一种根据上述制备方法制得的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结。
[0020]本专利技术的有益技术效果如下：
[0021]本专利技术通过利用聚多巴胺对单壁碳纳米管进行修饰，保护其修饰的部位不被解链，通过控制多巴胺盐酸盐的用量，可以控制单壁碳纳米管的被修饰程度，从而达到控制石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结解链程度的效果。
[0022]同时，利用氢碘酸溶液对经高锰酸钾氧化解链后的单壁碳纳米管进行还原，通过修复GNR的边缘缺陷，达到提高制备的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结电性能的效果。
[0023]本专利技术提供的制备方法步骤简单，制备的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结解链程度可控、性能优异，同时，制备过程中对设备要求低，所公开的制备方法便于推广和应用。
具体实施方式
[0024]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。
[0025]另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0026]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
[0027]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0028]实施例1
[0029]制备石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结，步骤如下：
[0030](1)取1g单壁碳纳米管和0.01g多巴胺盐酸盐，加入到10L Tris
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HCl缓冲液(Tris
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HCl缓冲液的配制方法为：将10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将单壁碳纳米管和多巴胺盐酸盐加入到Tris
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HCl缓冲液中，置于黑暗环境中反应，过滤，得到聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管；(2)将步骤(1)制得的聚多巴胺修饰的单壁碳纳米管分散在硫酸溶液中，加入浓磷酸，升温，加入高锰酸钾，反应完成后冷却至室温，加入双氧水，过滤，水洗至中性，得到解链单壁碳纳米管；(3)将步骤(2)得到的解链单壁碳纳米管焙烧，焙烧产物用盐酸溶液超声处理，过滤，加入氢碘酸溶液进行还原反应，反应后过滤，制得石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结。2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述单壁碳纳米管与所述多巴胺盐酸盐的质量比为1:(0.01～0.2)；所述单壁碳纳米管与所述Tris
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HCl缓冲液的质量与体积比为1g:(10～15)L；所述Tris
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HCl缓冲液的配制方法为：将10mL 0.1mol/L三羟甲基氨基甲烷溶液与8mL 0.1mol/L盐酸混匀后，加水稀释至1000mL。3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米带/单壁碳纳米管分子内异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述黑暗环境中反应的时间为18～24h。4.根据权利要求1所述的石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆萍，陈长鑫，高升广，江圣昊，石方远，赵修治，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：