高纯少壁碳纳米管的功能化及其光电应用

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1、中文摘要随着纳米光电子学研究的深入，特殊功能的纳米复台光电材料已逐渐成为研究热点。由于具有大的共轭体系，碳纳水管(CNTs)在高速低耗的光电子器件、光伏电池等方面具有应用前景。通过多种功能化和分析方法研究不同结构碳纳米管的光电性质已经成为实现其应用价值的重要途径。本文以单壁CNTs(SWNT)和少壁CNTs(FWNT)为研究对象，研究其制备和室温纯化，功能化及其各项光电性质，为其进一步在纳米光电器件领域的应用提供依据。以液相室温氧化法对气相沉积法(CVD)法制备的FWNT粗产物进行纯化，透射电镜(TEM)显示粗产物在H202中缓慢氧化1w后可得到产

2、率为10％高纯FWNT。拉曼光谱和热失重分析表明H202可以选择性地去除产物中的碳杂质，但不会破坏FWNT的管壁和化学结构。选择CNTs和Na2PdCl4的质量比为1：4，得到金属钯纳米粒子(平均粒径为7．3nm)表面修饰的SWNT和FWNT。与纯CNTs相比，SWNT／PdNPs和FWNT／PdNPs薄膜的导电率分别提高了近5倍和2倍。分离结果显示钯纳米粒子更倾向于选择性地附着在金属态SWNT表面。通过Ⅳ-取代共价键合方法制备3，4，9，10．MⅣ’-甲基芘．花酰亚胺(PDI．PY)，利用芘和CNTs之间的丌．7c共轭吸附作用，合成了高效宽谱吸收

3、的PDI．PY／CNTs复合体。通过PDI．PY与SWNT的选择性非共价功能化，能有效地分离金属态和半导体态SWNT。通过HN03质子化获得具有一系列高导电FwNT透明薄膜，以此为电极制备结构为FWNlyP3HT：PCBM／Al的有机光伏电池。结果显示最佳光伏器件(FWNT薄膜T=70％，Rs=86Q／口)的光电转换效率为0．61％，与以ITO为电极的相同电池的转换效率(O．68％)相近。所得到的三维网状FWNT薄膜易于导电聚合物的交叉渗入，有利于光伏性能的提高。通过共价键合法制备三种具有不同电子推拉结构的偶氮苯生色团．CNTs复合体(SWNT-A

4、ZO．N02、FWNT-chain．AZO、MWNT-AZO—NH2)。偶氮苯与CNTs共轭体系的相互作用导致SWNT-AZO-N02和MWNT-AZO．NH2中的偶氮苯生色团的吸收峰发生了蓝移和红移，在紫外光诱导下，与SWNT-AZO．N02和MWNT-AZO．NH2相比，碳纳米管和偶氮苯之间的长烷基链导致FWNT-chain．AZO呈现出快速敏感的光响应特性，偏振光初步结果显示偶氮苯基团的光致取向作用使MWNT-AZO．NH2薄膜呈现各向异性，碳纳米管在与入射偏振光平行的方向上有序程度提高并发生定向排列，这一结果为设计具有快速敏感的光响应的偶氮

5、苯．CNTs各向异性薄膜提供了重要的实验基础。关键词：少壁碳纳米管，纯化，功能化，金属颗粒修饰，光伏性质，光致取向ABSTRACTThedevelopmentofnano-optoelectronicstronglyreliesonthediscoveryandexplorationofnewfunctionalopto·electricalnanocompositesasavitalcomponentofactivelayer．Sincethediscovery,carbonnanotubes(CNTs)werewidelyregardedasa

6、nidealcandidatetothebuildingblockofaseriesofhigh·-responseandlow--costopto—electronicssuchasopticalswitch，photodetecotorandphotovoltaicdevicesduetofavorableelectrontransportalongwithone··dimensiontube--structurearisingfromhigh冗-conjugatedsystem．Therefore，theresearchesontheopto

7、-electricalpropertiesoffunctionalCNTsarefundamentallysignificanttoactualizetheapplicablepotential．Inthisthesis，wesystematicallyfocusedonaprofitableroutefrommaterialstoapplication，andthatisthesynthesis，purification，functionalizationandphotoconversiondevicesbasedonsingle-walledc

8、arbonnanotubes(SWNT)andfeW．walledcarbonnanotubes(FWNTl．Result