单壁碳纳米角的应用展望

单壁碳纳米角的应用展望

1、电化学应用

近几年，碳基纳米材料作为导电材料和电活性材料在传感器、电池、电容器等领域得到广泛应用。首先，单壁碳纳米角比表面积较大，修饰的电极将进一步提高电极的真实表面积，提供了充足的电化学反应场所。另外，单壁碳纳米角具有优良的电子特性，电子转移的动力学行为更好，与理想状态的能斯特方程很接近，制成的电极能使反应中的电子达到很好的传递。而且，单壁碳纳米角的表面能非常高，经过功能化后其侧面和端口连接有很多的官能团(如-OH、-COOH)，并且还有很多表面缺陷，提供了较多的活性点，因此单壁碳纳米角修饰电极具有较好的催化活性。如：SWCNHs修饰的玻碳电极对尿酸、多巴胺和抗坏血酸等有很好的电催化性能；将SWCNHs直接生长在碳纤维上可以制作独立的电极用作锂离子电池；经过氧化开口的含有大尺寸纳米窗的SWCNHs可以在有机溶剂中构建高电容的超级电容器。

2、吸附和存储

单壁碳纳米角具有大的比表面积和高的结合能使其可以作为一种吸附剂，SWCNHs有两类吸附位点：角与角之间的间隙和角内部的空隙。首先，可以吸附氢气和氙气(Xe)等稀有气体，对Xe的吸附能力比平面石墨大。其次，使用硝酸处理SWCNHs可以使其内部和间隙的孔容量都显著增加，可用于存贮超临界甲烷。此外，单壁碳纳米角也可以吸附液体，如水、苯和乙醇等。研究表明如苯不但能吸附到单壁碳纳米角上也能吸附到氧化的单壁碳纳米角上，水也能吸附到其内部和间隙上形成簇。

3、催化剂载体

在单壁碳纳米角上合成均一的纳米粒子，使其成为催化剂载体，是当前的研究热点之一。单壁碳纳米角的结构独特可以使催化剂的持久性加强。如单壁碳纳米角上沉积还原，可以得到平均尺寸为2.3nm的Pd纳米簇，以SWCNHs为载体合成的Pt颗粒粒径仅为2nm左右，具有良好的分散性，以Pt-SWCNHs作为燃料电池的电极，具有非常好的活性和稳定性。

4、药物载体

单壁碳纳米角具有大的比表面积和众多的角空隙，因此能够吸附大量的分子，可以作为理想的药物载体。与CNTs相比，SWCNHs的孔径较小，适合吸附一些比较小的分子；SWCNHs生产过程中不使用金属催化剂，避免了有金属杂质引起的细胞毒性。SWCNHs会组装成微米级的束状或形成球形聚集体，能增强被动肿瘤靶向条件下药物的渗透性和保持力，从而趋于在肿瘤组织附近富集，使其具有更高地抗肿瘤效率。如研究发现地塞米松可以吸附到单壁碳纳米角上，典型的抗癌药物顺铂也能够吸附到单壁碳纳米角上，然后缓慢释放。

5、生物传感器

图 1-1免疫传感器制备和检测过程示意图

单壁碳纳米角不含金属杂质，因此不需要前处理就可以应用于生物传感器的研究。已有科学家利用单壁碳纳米角构建葡萄糖生物传感器、检测环形七肽微囊藻毒素的电化学免疫传感器和检测柚皮苷的电化学发光生物传感器等。

6、其他应用

管状的碳材料能吸收近红外区域的光，因此可以通过局部光热疗法使细胞死亡；SWCNHs和金属氧化物的复合材料还能用于锂离子电池的阳极材料，提高电池的性能；掺杂MgB2的SWCNHs具有磁性，使其有望成为新的超导材料。