單壁碳納米角的應(yīng)用展望

1、電化學(xué)應(yīng)用

近幾年，碳基納米材料作為導(dǎo)電材料和電活性材料在傳感器、電池、電容器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。首先，單壁碳納米角比表面積較大，修飾的電極將進(jìn)一步提高電極的真實(shí)表面積，提供了充足的電化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所。另外，單壁碳納米角具有優(yōu)良的電子特性，電子轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)行為更好，與理想狀態(tài)的能斯特方程很接近，制成的電極能使反應(yīng)中的電子達(dá)到很好的傳遞。而且，單壁碳納米角的表面能非常高，經(jīng)過(guò)功能化后其側(cè)面和端口連接有很多的官能團(tuán)(如-OH、-COOH)，并且還有很多表面缺陷，提供了較多的活性點(diǎn)，因此單壁碳納米角修飾電極具有較好的催化活性。如：SWCNHs修飾的玻碳電極對(duì)尿酸、多巴胺和抗壞血酸等有很好的電催化性能；將SWCNHs直接生長(zhǎng)在碳纖維上可以制作獨(dú)立的電極用作鋰離子電池；經(jīng)過(guò)氧化開(kāi)口的含有大尺寸納米窗的SWCNHs可以在有機(jī)溶劑中構(gòu)建高電容的超級(jí)電容器。

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2、吸附和存儲(chǔ)

單壁碳納米角具有大的比表面積和高的結(jié)合能使其可以作為一種吸附劑，SWCNHs有兩類吸附位點(diǎn)：角與角之間的間隙和角內(nèi)部的空隙。首先，可以吸附氫氣和氙氣(Xe)等稀有氣體，對(duì)Xe的吸附能力比平面石墨大。其次，使用硝酸處理SWCNHs可以使其內(nèi)部和間隙的孔容量都顯著增加，可用于存貯超臨界甲烷。此外，單壁碳納米角也可以吸附液體，如水、苯和乙醇等。研究表明如苯不但能吸附到單壁碳納米角上也能吸附到氧化的單壁碳納米角上，水也能吸附到其內(nèi)部和間隙上形成簇。

3、催化劑載體

在單壁碳納米角上合成均一的納米粒子，使其成為催化劑載體，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。單壁碳納米角的結(jié)構(gòu)獨(dú)特可以使催化劑的持久性加強(qiáng)。如單壁碳納米角上沉積還原，可以得到平均尺寸為2.3nm的Pd納米簇，以SWCNHs為載體合成的Pt顆粒粒徑僅為2nm左右，具有良好的分散性，以Pt-SWCNHs作為燃料電池的電極，具有非常好的活性和穩(wěn)定性。

4、藥物載體

單壁碳納米角具有大的比表面積和眾多的角空隙，因此能夠吸附大量的分子，可以作為理想的藥物載體。與CNTs相比，SWCNHs的孔徑較小，適合吸附一些比較小的分子；SWCNHs生產(chǎn)過(guò)程中不使用金屬催化劑，避免了有金屬雜質(zhì)引起的細(xì)胞毒性。SWCNHs會(huì)組裝成微米級(jí)的束狀或形成球形聚集體，能增強(qiáng)被動(dòng)腫瘤靶向條件下藥物的滲透性和保持力，從而趨于在腫瘤組織附近富集，使其具有更高地抗腫瘤效率。如研究發(fā)現(xiàn)地塞米松可以吸附到單壁碳納米角上，典型的抗癌藥物順鉑也能夠吸附到單壁碳納米角上，然后緩慢釋放。

5、生物傳感器

圖 1-1免疫傳感器制備和檢測(cè)過(guò)程示意圖

單壁碳納米角不含金屬雜質(zhì)，因此不需要前處理就可以應(yīng)用于生物傳感器的研究。已有科學(xué)家利用單壁碳納米角構(gòu)建葡萄糖生物傳感器、檢測(cè)環(huán)形七肽微囊藻毒素的電化學(xué)免疫傳感器和檢測(cè)柚皮苷的電化學(xué)發(fā)光生物傳感器等。

6、其他應(yīng)用

管狀的碳材料能吸收近紅外區(qū)域的光，因此可以通過(guò)局部光熱療法使細(xì)胞死亡；SWCNHs和金屬氧化物的復(fù)合材料還能用于鋰離子電池的陽(yáng)極材料，提高電池的性能；摻雜MgB2的SWCNHs具有磁性，使其有望成為新的超導(dǎo)材料。