单壁碳纳米管(SWCNTs)是一类具有独特中空管状结构的一维碳纳米材料,不仅具有惊人的机械和电子性能,而且具有良好的生物相容性,在很多领域都有着巨大的应用前景,包括纳米电子器件、复合材料、储能介质、催化剂和催化剂载体、传感器、场发射器、导电薄膜和生物纳米材料等。然而,获得高纯度单壁碳纳米管的困难很大程度上限制了其应用,由于制备的单壁碳纳米管通常伴有碳质或金属杂质,纯化是一个必须解决的问题。当前对单壁碳纳米管纯化研究已经取得了相当大的进展,并且已经开发了许多纯化方法,包括化学氧化、物理分离以及综合法,以期获得理想纯度的单壁碳纳米管。虽然单壁碳纳米管纯化研究已经取得了相当大的进展,但仍然很难找到一种简单有效纯化方法,并且由于制备的单壁碳纳米管的质量和伴随杂质的多少与合成方法和实验条件密切相关,纯化策略必须根据原始单壁碳纳米管的特性以及纯化后的具体要求和目标应用而有所不同,因此很难提出一种通用的方法。为此,本文着重于单壁碳纳米管的纯化研究,以期探索出一种简单、高效且普适的纯化方法。各分章的内容如下:第一章:简要介绍了单壁碳纳米管的发现、结构、性能、应用、制备方法和生长机理,总结了已报道的单壁碳纳米管纯化方法,最后提出本论文的选题依据和研究意义。第二章:这一章在本组前期电子溶液体系分散碳基纳米材料的研究基础上发展了一种单壁碳纳米管还原纯化方法。针对市售OCSiAl单壁碳纳米管,经还原纯化实验后,样品中金属的残留含量从18.7 wt%降至了 8.8 wt%,还原纯化工艺的产率高达85 wt%以上,纯度和产率都高于传统空气氧化纯化法所得的单壁碳纳米管样品。此外,该还原纯化工艺对单壁碳纳米管结构破坏小,产品晶化程度很高。第三章:本章针对单壁碳纳米管气相氧化纯化工艺中所存在的问题,提出了一种独特的单壁碳纳米管梯度氧化纯化工艺,对单壁碳纳米管进行了梯度氧化纯化实验研究。将低温强氧化和高温弱氧化结合,发挥两者的优点,进行梯度氧化得到纯净的单壁碳纳米管样品。样品金属催化剂残留含量可降至了 0.2 wt%,纯度达99 wt%以上,纯化产率为40 wt%。该工艺对单壁碳纳米管破坏很小,纯化样品晶化程度很高且热稳定性提高了约100 ℃。这种梯度氧化纯化工艺是一种低成本、高效率的单壁碳纳米管纯化方法。第四章:本章进行了单壁碳纳米管梯度氧化纯化工艺的普适性研究,分别对以金属杂质为主和以碳杂质为主的单壁碳纳米管进行了梯度氧化纯化实验研究。以金属杂质为主的单壁碳纳米管通过梯度氧化纯化,样品金属催化剂残留含量从29.5 wt%降至了2.1 wt%,纯度达98 wt%。样品杂质以无定型碳、纳米石墨片等碳杂质为主的单壁碳纳米管通过梯度氧化法纯化,样品中无定形碳杂质明显减少,同时样品金属催化剂残留含量从8.9 wt%降至了2.9 wt%,纯度达95 wt%以上。梯度氧化纯化工艺所得的单壁碳纳米管样品的石墨化程度提高、缺陷减少且热稳定性提高了 100 ℃以上。这证明了梯度氧化纯化法可有效去除无定型碳、富勒烯和纳米石墨片等碳杂质以及金属杂质,体现了梯度氧化纯化法的普适性。第五章:总结了本论文的主要内容,并对本文中的主要工作做了展望。