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粉体百科│单壁碳纳米角的两种分散方法


来源:中国粉体网   平安

[导读]  单壁碳纳米角(SWNHs)是一种类似于单壁碳纳米管(SWNTs)的新型纳米材料。自1999年被发现以来,因其独特的结构已成为研究热点。单根SWNHs一端为封闭的锥形结构,直径为2~5nm,长度为20~50nm,锥角约为20°。

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单壁碳纳米角是什么

单壁碳纳米角(SWNHs)是一种类似于单壁碳纳米管(SWNTs)的新型纳米材料。自1999年被发现以来,因其独特的结构已成为研究热点。单根SWNHs一端为封闭的锥形结构,直径为2~5nm,长度为20~50nm,锥角约为20°。

正常状态下约2000个单根碳纳米角聚集形成直径为80~100nm的球形聚集体,图1为直流电弧法制备的SWNHs的扫描电镜图。


单壁碳纳米角的应用

SWNHs的比表面积大,可以应用于气体吸附和固相萃取等;由于其独特的光电学性质,可以构建碳纳米角修饰电极,应用于电化学生物传感器领域和构建新型荧光传感器等。

SWNHs作为新兴药物载体也有很好的应用前景,其聚集体比碳纳米管的粒径更为合适,能增强通透保留效应(EPR),载药后可减少药物小分子被网状内皮系统(RES)的摄取,被动靶向于肿瘤组织和血管并蓄积,而且易被细胞膜内吞摄取;SWNHs氧化开孔后,比表面积可达1000m2/g以上,便于承载更多药物。

改善单壁碳纳米角分散性的方法

SWNHs表面的低疏水性使其难以在水和盐溶液中分散,成为其生物应用的阻碍。目前,改善SWNHs分散性的方法有共价修饰和非共价修饰2种。

共价修饰是通过在碳纳米角(CNHs)的外骨架上形成稳定的化学键,共价结合有机基团。共价修饰CNHs又可进一步分成两类:第一类是通过氧化CNHs的圆锥形末端引入羧基等含氧基团,用于进一步的化学修饰;第二类是直接在CHNs表面的外壁上引入功能基团。

目前,对CNHs进行共价功能化研究不仅是为了增强CNHs的溶解性和分散性,更已发展成为制备特定功能的CNHs复合材料的手段。通过CNHs的共价功能化修饰,在CNHs上引入各种活性基团,在保留CNHs特性的基础上,赋予了CNHs新的性能,使它在许多领域的实际应用中都具有广泛前景。

但是共价修饰CNHs的同时也破坏了CNHs连续的π网络结构,影响CNHs的电子特性,限制了CNHs的应用,特别是在纳米电子学领域的应用。为了克服这个缺点,可以采用非共价功能化方法来修饰CNHs。

非共价修饰在改善SWNHs的分散性方面有很好的应用前景:如通过π-π非共价作用将芘和卟啉修饰于SWNHs表面,可以改善其分散性且不破坏电子结构;用聚苯乙烯磺酸盐(PSS)非共价修饰SWNHs,在改善分散性的同时可制备电化学性能良好的生物传感器;用聚乙二醇聚合物修饰纳米材料后,可显著提高其分散性,并且聚乙二醇长链能延长纳米载体在血液中的循环时间,有很好的生物相容性;用不同分子量的聚乙二醇接枝肽段受体(PEG-NHBP)修饰SWNHs,可应用于装载顺铂的载药体系;用2种类型的聚乙二醇接枝聚合物增强和比较SWNHs在盐溶液中的分散性等。

非共价修饰最大的特点是在提高CNHs分散性的同时,不破坏CNHs的内部结构,尤其对于CNHs电化学传感平台的构建和应用具有广泛前景。但是非共价功能化中修饰分子与CNHs之间的的作用力是基于CNHs与芳香族有机基团的π-π堆积作用为主的相互作用或者静电作用、疏水作用等的协同相互作用,这种非共价相互作用力较弱,当体系所处的条件发生改变或者受外界干扰时,修饰分子很可能与CNHs分离,从而影响体系的稳定性。另外,非共价功能化CNHs对修饰分子的结构有很大要求,并且功能化方法和原理不成熟,亟待进一步的探索和研究。


参考文献:

李学全等.单壁碳纳米角的氧化、修饰及分散性.高等学校化学学报

马小娜等.碳纳米角的共价功能化研究进展.广州化工

马小娜等.非共价功能化碳纳米角的研究进展.广东化工

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