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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CNTs45

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CNTs50

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CNTs56

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CNTs75

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C60116

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