C60Cl6纳米管的合成及其表征

孙 健，何月珍

（安徽师范大学安徽省功能性分子固体重点实验室；化学与材料科学学院，安徽 芜湖241000）

C60Cl6纳米管的合成及其表征

孙 健，何月珍

（安徽师范大学安徽省功能性分子固体重点实验室；化学与材料科学学院，安徽 芜湖241000）

本文利用C60与ICl反应合成C60Cl6，经红外吸收光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪表征证实；利用AAO模板（氧化铝模板）法成功合成出C60Cl6纳米管，经透射电镜、扫描电镜表征。该法合成出形貌和尺寸可控一维纳米管。将为C60Cl6纳米管的器件化研究提供一定的基础。

C60Cl6；纳米管；AAO 模板

低维纳米材料，特别是一维纳米材料的合成对纳米材料的器件化研究有着重要的意义[1-3]。近年来，已发展了多种合成一维纳米材料的成熟的方法，如模板法[4-5]、溶剂热法[6]、自组装法[7]、溶液合成法[8]等。在这些方法中，AAO模板法因可以制备形貌可控的一维纳米材料且方法简便、可靠而受到广泛使用[5,9]。

自1985年Kroto等人[10]发现富勒烯以来，富勒烯及其衍生物纳米材料的制备受到了科学家们的广泛重视并取得了一系列成果[11-12]。本文首先在无水无氧条件下利用C60与氯化碘为原料，合成了C60Cl6，然后将C60Cl6填充到AAO模板的孔道内，用NaOH溶液溶去AAO模板制得了C60Cl6纳米管。C60Cl6纳米管合成在室温条件下进行，简便、经济、有效，可控。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

C60(纯度 99%)，氯化碘(CP)，苯(AR)，硫代硫酸钠(AR)，无水硫酸镁(AR)，AAO模板(Whatman公司，孔道内径为150-200nm，厚度为60μm)，氢氧化钠(分析纯)，无水乙醇(分析纯),丙酮(AR)，氯仿(AR)，实验用水为二次蒸馏水。紫外-可见光谱(Shimadzu Uv-4100)，红外光谱(Bruker VECTOR22)，透射电镜(Hitachi H-600)，扫描电镜(LEO-1530 VP)，液体用旋转蒸发仪进行浓缩，C60Cl6的纳米管合成在无水无氧系统中进行。

1.2 AAO模板的处理

本实验所用AAO模板具有孔径分布均匀、孔道有序[13]，孔密度为1011孔/cm2，孔内径光滑[14]。实验之前用细砂纸打磨AAO模板的反面，以打通堵塞的孔道，然后依次用二次蒸馏水，CH3CH2OH，CH3COCH3超声清洗AAO模板，干燥AAO模板后备用。

1.3 C60Cl6的制备

氩气保护下，将180mg C60溶于100ml新蒸的苯中，搅拌全溶呈紫色溶液，加热到120℃，向溶有C60苯溶液中加入200mg氯化碘，120℃保持30分钟，溶液由紫色逐渐转变至红褐色，终止反应，待反应溶液冷却至室温，用饱和硫代硫酸钠水溶液多次洗涤反应物，以除反应过程中产生的碘，后用无水硫酸镁干燥，抽滤，旋转蒸发仪减压抽去溶剂，得到深桔黄色粉末，经表征为C60Cl6。

1.4 C60Cl6纳米管的制备

将20 mg C60Cl6溶入10 ml氯仿中，得到桔黄色澄清溶液，将处理过的AAO模板浸泡到溶有C60Cl6氯仿溶液中，静置，C60Cl6氯仿溶液进入AAO模板的孔道，随后，取出AAO模板待氯仿溶剂挥发；再次将AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，如此反复多次的浸润－干燥，达到C60Cl6充分填充到模板的孔道内效果，用2mol·L-1的NaOH溶液溶除AAO模板，最后用二次水反复洗涤样品，得到C60Cl6纳米管粉末。

2 结果与讨论

2.1 C60Cl6的表征

图1 C60Cl6的红外光谱谱图

图2 C60Cl6的紫外-可见光谱谱图（溶剂为正己烷）

C60与ICl反应后产物经红外光谱检测（图1），吸收峰位于 1264，1092，1064，948，884，855，844，818，800，755，582，561，541 cm-1，与文献[15]报道的C60Cl6红外光谱数据完全吻合。

产物的紫外-可见光谱 （图2）吸收峰位于：214，254，326，386nm，与文献[15]所报导的紫外光谱数据一致。

上述结果表明得到了预期的产物－C60Cl6。

2.2 C60Cl6纳米管的形成机理

图3 C60Cl6纳米管的形成机理

如图3所示，将处理过的AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，C60Cl6氯仿溶液进入AAO模板的孔道内，取出AAO模板待氯仿溶剂完全挥发后再次将AAO模板浸泡到C60Cl6氯仿溶液中，经过多次的浸润－干燥，以致C60Cl6充分填充到模板的孔道内，用配制好的2mol·L-1的NaOH溶液溶除AAO模板，最后用二次水反复洗涤样品，最终得到C60Cl6纳米管产物。

2.3 C60Cl6纳米管的表征

图4 C60Cl6纳米管的扫描电镜图：(a)低倍率；(b)高倍率

图4是制得的纳米管的扫描电镜图，由图4a可见由AAO模板法可以制得大量的纳米管，图4b显示制得的纳米管的外径相对均匀，约为150-200nm，与所使用模板孔径一致。图5是制得的纳米管的透射电镜图，由图5可以看出纳米管的长度达到了12μm，小于实际制得的纳米管的长度50μm，这是由于在处理的过程中，导致纳米管发生了断裂。与模板厚度60μm相比，可能是由于未能将模板的孔道完全填满导致实际制备的纳米管长度小于模板厚度。

图5 C60Cl6纳米管的透射电镜图

3 结论

本文利用C60与ICl反应先制得C60Cl6，再将C60Cl6溶解于CHCl3中配成溶液，通过浸润-干燥的方法使C60Cl6填充到氧化铝模板的孔道内，用NaOH溶液溶去氧化铝模板制得了C60Cl6纳米管，并经透射电镜，扫描电镜确证了C60Cl6纳米管的形貌和尺寸。

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O 611

A

1674-1102(2011)03-0034-02

2011-03-07

国家自然科学基金项目（20490217，20671002）；安徽师范大学青年基金项目（2006xqn63，2008xqn62）。

孙健（1973－），男，安徽芜湖人，安徽师范大学化学与材料科学学院教师，硕士，研究方向为有机材料化学。

[责任编辑：钱立武]