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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1小尺寸效应 1

1.1.2表面效应 2

1.1.3量子尺寸效应 3

1.1.4宏观量子隧道效应 3

1.2碳纳米管的发现 5

1.3碳纳米管的结构 6

1.4碳纳米管的特性 8

1.4.1机械性能 8

1.4.2热学性质 9

1.4.3导电性能 9

1.4.4吸附性能 9

1.5碳纳米管的应用 10

1.5.1超级电容器 10

1.5.2锂离子电池 11

1.5.3氢气存储 12

1.5.4电子器件 13

1.5.5碳纳米管修饰电极 14

1.5.6纳米机械 14

1.5.7碳纳米管复合材料 15

1.5.8在生物医学方面的应用 16

1.6碳纳米管的功能化 18

参考文献 19

第2章 碳纳米管的制备、纯化及表征 21

2.1碳纳米管的制备 21

2.1.1石墨电弧法 21

2.1.2激光蒸发法 23

2.1.3化学气相沉积法 23

2.1.4其他合成方法 25

2.2碳纳米管的纯化 26

2.2.1硝酸纯化法 27

2.2.2盐酸纯化法 28

2.3碳纳米管的表征技术 29

2.3.1透射电子显微镜（TEM）表征 29

2.3.2扫描隧道显微术（SEM）表征 30

2.3.3原子力显微镜（AFM）表征 30

2.3.4拉曼光谱表征 31

2.3.5 X射线衍射光谱（XRD） 34

2.3.6紫外可见近红外吸收光谱 34

2.3.7红外光谱 36

2.3.8热失重 36

2.4结束语 36

参考文献 37

第3章 碳纳米管的缺陷化学 39

3.1碳纳米管的价键特征和功能化修饰机理 39

3.2 CNTs缺陷类型及产生 41

3.3 SWNTs-COOH羧基含量的测定 42

3.4缺陷功能化CNTs 45

3.4.1可溶性CNTs衍生物 45

3.4.2 CNTs共修饰 49

3.4.3 CNTs管端不对称修饰 49

3.4.4纳米粒子和量子点 50

3.4.5表面共价修饰CNTs 50

3.4.6基于CNTs的分子电子器件 52

3.4.7 CNTs集成Donor/Acceptor组装 52

3.4.8 CNTs功能复合材料 54

3.4.9 CNTs作为聚合物增强助剂 55

3.4.10生物功能化CNTs 56

3.4.11金属络合物配位 57

3.4.12碳纳米管之间的“焊接” 58

3.5官能团转换 58

3.6结束语 59

参考文献 59

第4章 碳纳米管的共价管壁化学 61

4.1引言 61

4.2 CNTs的氟化及氟化CNTs的亲核取代反应 61

4.3 CNTs的氢化 64

4.4 CNTs的环氧化 64

4.4.1卡宾和氮宾的加成 65

4.4.2亲核环丙烷化：Bingle反应 67

4.4.3 CNTs的硅烷化 68

4.5 ［1，3］-环加成反应 68

4.5.1两性离子环加成 68

4.5.2甲亚胺叶立德加成反应 69

4.5.3臭氧化 70

4.5.4无机化合物的加成 70

4.6 ［4+2］-环加成反应：Diels-Alder反应 71

4.7碱金属还原CNTs的侧壁功能化 72

4.7.1 Naphthalenides作为电子转移试剂 72

4.7.2 CNTs的还原烷基化 73

4.7.3其他电子转移中介 74

4.8自由基侧壁功能化CNTs 75

4.8.1碳自由基 75

4.8.2硫自由基 77

4.8.3氧自由基 77

4.8.4 CNTs侧壁的氨基化 78

4.8.5基于重氮的功能化 78

4.9亲电加成 81

4.10亲核加成反应 81

4.10.1碳亲核加成 81

4.10.2氮亲核加成 82

4.11机械化学功能化 83

4.12结束语 83

参考文献 83

第5章 碳纳米管非共价键化学修饰 86

5.1引言 86

5.2 CNTs与溶剂和大环分子的非共价相互作用 86

5.3 CNTs与小芳香分子的非共价作用 88

5.3.1蒽衍生物 88

5.3.2芘衍生物 89

5.3.3其他芳香聚合物 92

5.4 CNTs与杂环芳香体系的非共价相互作用 93

5.4.1卟啉、酞菁和Sapphyrins（五齿芳香大环） 93

5.4.2金属配位 105

5.5 CNTs与表面活性剂和离子液体的非共价作用 105

5.6 CNTs与聚合物的非共价作用 107

5.6.1两亲聚合物 107

5.6.2共轭聚合物 108

5.6.3生物聚合物 110

5.7 CNTs与纳米粒子的非共价作用 111

5.8结束语 111

参考文献 111

第6章 碳纳米管的管内填充 114

6.1引言 114

6.2填充机理 114

6.3富勒烯填充 116

6.3.1富勒烯C60 116

6.3.2高碳富勒烯（Cn，n＞60） 118

6.3.3内嵌富勒烯 119

6.3.4富勒烯衍生物 122

6.4其他类型分子填充 124

6.4.1不含金属原子的分子 124

6.4.2金属有机和配位化合物 126

6.5离子化合物填充 127

6.5.1盐 127

6.5.2氧化物和氢氧化物 129

6.5.3其他无机材料 129

6.6纳米颗粒填充 129

6.7结束语 130

参考文献 130

第7章 碳纳米管的分散和分离 133

7.1引言 133

7.2水分散体系 134

7.3有机溶剂分散体系 139

7.4高分子分散碳纳米管 142

7.5非共价键修饰碳纳米管的分离 147

7.5.1选择性相互作用分离 147

7.5.2色谱分析（Chromatography） 149

7.5.3电泳（Electrophoresis） 150

7.5.4密度梯度离心（Density Gradient Ultracentrifugation，DGU） 151

7.5.5库仑爆炸法 153

7.6结束语 153

参考文献 153

第8章 卟啉共价修饰碳纳米管复合物 156

8.1引言 156

8.2卟啉简介 157

8.2.1 卟啉的结构 157

8.2.2卟啉的吸收光谱 158

8.3卟啉共价修饰碳纳米管复合物制备 160

8.3.1酰胺化反应 160

8.3.2酯化反应 164

8.3.3重氮化-偶联反应 165

8.3.4卟啉轴向配位修饰碳纳米管 169

8.3.5 1，3-偶极环加成 175

8.4卟啉共价修饰碳纳米管复合物的性质研究 176

8.4.1荧光光谱研究 176

8.4.2桥连结构-卟啉激发态能量转移的影响 184

8.4.3非线性光学性质研究 185

8.5结束语 196

参考文献 196

第9章 碳纳米管复合材料 199

9.1引言 199

9.2碳纳米管-金属复合材料 200

9.2.1 CNTs增强铝基复合材料 200

9.2.2 CNTs增强镁基复合材料 202

9.2.3 CNTs增强铜基复合材料 203

9.2.4 CNTs增强铁基复合材料 203

9.3碳纳米管-陶瓷复合材料 204

9.4聚合物基碳纳米管复合材料 205

9.4.1液相共混法 206

9.4.2熔融共混法 206

9.4.3原位聚合法 207

9.4.4溶胶-凝胶法 208

9.5碳纳米管复合材料的应用 208

9.6结束语 210

参考文献 210