孫 健，何月珍

（安徽師范大學(xué)安徽省功能性分子固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖241000）

C60Cl6納米管的合成及其表征

孫 健，何月珍

（安徽師范大學(xué)安徽省功能性分子固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 蕪湖241000）

本文利用C60與ICl反應(yīng)合成C60Cl6，經(jīng)紅外吸收光譜儀、紫外-可見吸收光譜儀表征證實(shí)；利用AAO模板（氧化鋁模板）法成功合成出C60Cl6納米管，經(jīng)透射電鏡、掃描電鏡表征。該法合成出形貌和尺寸可控一維納米管。將為C60Cl6納米管的器件化研究提供一定的基礎(chǔ)。

C60Cl6；納米管；AAO 模板

低維納米材料，特別是一維納米材料的合成對納米材料的器件化研究有著重要的意義[1-3]。近年來，已發(fā)展了多種合成一維納米材料的成熟的方法，如模板法[4-5]、溶劑熱法[6]、自組裝法[7]、溶液合成法[8]等。在這些方法中，AAO模板法因可以制備形貌可控的一維納米材料且方法簡便、可靠而受到廣泛使用[5,9]。

自1985年Kroto等人[10]發(fā)現(xiàn)富勒烯以來，富勒烯及其衍生物納米材料的制備受到了科學(xué)家們的廣泛重視并取得了一系列成果[11-12]。本文首先在無水無氧條件下利用C60與氯化碘為原料，合成了C60Cl6，然后將C60Cl6填充到AAO模板的孔道內(nèi)，用NaOH溶液溶去AAO模板制得了C60Cl6納米管。C60Cl6納米管合成在室溫條件下進(jìn)行，簡便、經(jīng)濟(jì)、有效，可控。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

C60(純度 99%)，氯化碘(CP)，苯(AR)，硫代硫酸鈉(AR)，無水硫酸鎂(AR)，AAO模板(Whatman公司，孔道內(nèi)徑為150-200nm，厚度為60μm)，氫氧化鈉(分析純)，無水乙醇(分析純),丙酮(AR)，氯仿(AR)，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。紫外-可見光譜(Shimadzu Uv-4100)，紅外光譜(Bruker VECTOR22)，透射電鏡(Hitachi H-600)，掃描電鏡(LEO-1530 VP)，液體用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，C60Cl6的納米管合成在無水無氧系統(tǒng)中進(jìn)行。

1.2 AAO模板的處理

本實(shí)驗(yàn)所用AAO模板具有孔徑分布均勻、孔道有序[13]，孔密度為1011孔/cm2，孔內(nèi)徑光滑[14]。實(shí)驗(yàn)之前用細(xì)砂紙打磨AAO模板的反面，以打通堵塞的孔道，然后依次用二次蒸餾水，CH3CH2OH，CH3COCH3超聲清洗AAO模板，干燥AAO模板后備用。

1.3 C60Cl6的制備

氬氣保護(hù)下，將180mg C60溶于100ml新蒸的苯中，攪拌全溶呈紫色溶液，加熱到120℃，向溶有C60苯溶液中加入200mg氯化碘，120℃保持30分鐘，溶液由紫色逐漸轉(zhuǎn)變至紅褐色，終止反應(yīng)，待反應(yīng)溶液冷卻至室溫，用飽和硫代硫酸鈉水溶液多次洗滌反應(yīng)物，以除反應(yīng)過程中產(chǎn)生的碘，后用無水硫酸鎂干燥，抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓抽去溶劑，得到深桔黃色粉末，經(jīng)表征為C60Cl6。

1.4 C60Cl6納米管的制備

將20 mg C60Cl6溶入10 ml氯仿中，得到桔黃色澄清溶液，將處理過的AAO模板浸泡到溶有C60Cl6氯仿溶液中，靜置，C60Cl6氯仿溶液進(jìn)入AAO模板的孔道，隨后，取出AAO模板待氯仿溶劑揮發(fā)；再次將AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，如此反復(fù)多次的浸潤－干燥，達(dá)到C60Cl6充分填充到模板的孔道內(nèi)效果，用2mol·L-1的NaOH溶液溶除AAO模板，最后用二次水反復(fù)洗滌樣品，得到C60Cl6納米管粉末。

2 結(jié)果與討論

2.1 C60Cl6的表征

圖1 C60Cl6的紅外光譜譜圖

圖2 C60Cl6的紫外-可見光譜譜圖（溶劑為正己烷）

C60與ICl反應(yīng)后產(chǎn)物經(jīng)紅外光譜檢測（圖1），吸收峰位于 1264，1092，1064，948，884，855，844，818，800，755，582，561，541 cm-1，與文獻(xiàn)[15]報(bào)道的C60Cl6紅外光譜數(shù)據(jù)完全吻合。

產(chǎn)物的紫外-可見光譜 （圖2）吸收峰位于：214，254，326，386nm，與文獻(xiàn)[15]所報(bào)導(dǎo)的紫外光譜數(shù)據(jù)一致。

上述結(jié)果表明得到了預(yù)期的產(chǎn)物－C60Cl6。

2.2 C60Cl6納米管的形成機(jī)理

圖3 C60Cl6納米管的形成機(jī)理

如圖3所示，將處理過的AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，C60Cl6氯仿溶液進(jìn)入AAO模板的孔道內(nèi)，取出AAO模板待氯仿溶劑完全揮發(fā)后再次將AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，經(jīng)過多次的浸潤－干燥，以致C60Cl6充分填充到模板的孔道內(nèi)，用配制好的2mol·L-1的NaOH溶液溶除AAO模板，最后用二次水反復(fù)洗滌樣品，最終得到C60Cl6納米管產(chǎn)物。

2.3 C60Cl6納米管的表征

圖4 C60Cl6納米管的掃描電鏡圖：(a)低倍率；(b)高倍率

圖4是制得的納米管的掃描電鏡圖，由圖4a可見由AAO模板法可以制得大量的納米管，圖4b顯示制得的納米管的外徑相對均勻，約為150-200nm，與所使用模板孔徑一致。圖5是制得的納米管的透射電鏡圖，由圖5可以看出納米管的長度達(dá)到了12μm，小于實(shí)際制得的納米管的長度50μm，這是由于在處理的過程中，導(dǎo)致納米管發(fā)生了斷裂。與模板厚度60μm相比，可能是由于未能將模板的孔道完全填滿導(dǎo)致實(shí)際制備的納米管長度小于模板厚度。

圖5 C60Cl6納米管的透射電鏡圖

3 結(jié)論

本文利用C60與ICl反應(yīng)先制得C60Cl6，再將C60Cl6溶解于CHCl3中配成溶液，通過浸潤-干燥的方法使C60Cl6填充到氧化鋁模板的孔道內(nèi)，用NaOH溶液溶去氧化鋁模板制得了C60Cl6納米管，并經(jīng)透射電鏡，掃描電鏡確證了C60Cl6納米管的形貌和尺寸。

[1]Murray C B,Kagan C R,Bawendi M G,Self-organization of CdSe nanocrystallites into three-dimensional quantum dot superlattices[J].Science,1995,270:1335

[2]Braun E,Eichen Y,Sivan U,Ben-Yoseph G,DNA-templated assembly and electrode attachment of a conducting silver wire[J].Nature,1998,391:775

[3]Hou S F,Harrell C C,Trofin L,Kohli P,Martin C R,Layerby-nayer nanotube template synthesis[J].J.Am.Chem.Soc.,2004,126:5674

[4]Liu J W,Shao M W,Chen X Y,Yu W C,Liu X M,Qian YT,Large-scale synthesis of carbon nanotubes by an ethanol thermal reduction process[J].J.Am.Chem.Soc.,2003,125:8088

[5]Shi X,Cadwell W B,Chen K,Mirkin C A,A well-defined surface-confinable fullerene:monolayer self-assembly on Au(111)[J].J.Am.Chem.Soc.,1994,116:11598

[6]Homes J D,Johnston K P,Doty R C,Korgel B A,Control of thickness and orientation of solution-grown silicon nanowires[J].Science,2000,287:1471

[7]Chen J,Tao Z L,Li S L,Fabrication of Ru and Ru-based functionalized nanotubes[J].J.Am.Chem.Soc.,2004,126:3060

[8]Kroto H W,Heath J H,O’Brein S C,Curl R F,Smalley R E,C60:buckminsterfullerene[J].Nature,1985,318:162

[9]Liu H B,Li Y L,Jiang L,Luo H Y,Xiao S Q,Fang H J,Li H M,Zhu D B,Yu D P,Xu J,Xiang B,Imaging as-grown[60]fullerene nanotubes by template technique[J].J.Am.Chem.Soc.,2002,124:13370

[10]Ji H X,Hu J S,Wan L J,Tang Q X and Hu W P,Controllable crystalline structure of fullerene nanorods and transport properties of an individual nanorods[J].J.Mater.Chem.,2008,18,328–332

[11]Birkett P R,Avent A G,Darwish A D,Kroto H W,Taylor R,Walton T R M,Preparation and 13C NMR spectroscopic characterisation of C60Cl6[J].J.Chem.Soc.Chem.Commu.,1993,1230

O 611

A

1674-1102(2011)03-0034-02

2011-03-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20490217，20671002）；安徽師范大學(xué)青年基金項(xiàng)目（2006xqn63，2008xqn62）。

孫?。?973－），男，安徽蕪湖人，安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教師，碩士，研究方向?yàn)橛袡C(jī)材料化學(xué)。

[責(zé)任編輯：錢立武]