碳纳米管作为一维管状碳纳米材料,拥有优异的光、电、热、力学等性能,在光电子器件、信息、能源、生物医药等领域具有广阔的应用前景。同时,碳纳米管具有多样的原子螺旋结构,表现出一维材料丰富独特的光电子、物理特性,也为研究新奇的光量子现象和物理性能提供了材料基础。如何调控碳纳米管的原子结构,制备出具有单一结构均一性质的碳纳米管材料,对于深入阐明碳纳米管的内在属性,进而实现其性质调控与功能设计,以及在不同领域发展先进应用都极具意义。目前,调控碳纳米管原子结构的途径主要有生长制备和结构分离。生长制备所得到的往往是数十种不同结构碳纳米管的混合物,这极大地限制了碳纳米管性质与应用的研究。一般需要做后续纯化处理,即结构分离。本文首次将商业化的猪脱氧胆酸钠(Sodium hyodeoxycholate,SHC)表面活性剂应用于碳纳米管的分散和结构分离,建立新型复合表面活性剂凝胶色谱法,并实现碳纳米管的结构分离,为碳纳米管的基础性质研究与功能应用奠定了重要基础。具体内容如下:建立十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate,SDS)+SHC+脱氧胆酸钠(Sodium deoxycholate,DOC)复合表面活性剂体系,对平均直径小于1 nm的小管径碳纳米管的结构分离进行探究。结果表明,Co Mo CAT(SG65i)碳纳米管在0.5%SDS+0.05%SHC条件下在凝胶柱上吸附效果最好。随后用0.5%SDS+0.05%SHC+X%DOC复合表面活性剂对吸附的碳纳米管进行分步洗脱,能分离出高纯单一手性的(6,5)碳纳米管,此处SHC的浓度(0.05%)仅为传统方法中胆酸钠(Sodium cholate,SC)浓度(0.5%)的十分之一,大大降低碳纳米管结构分离的成本。后来,采用和分离Co Mo CAT(SG65i)碳纳米管完全一样的条件对五种碳纳米管原材料也进行结构分离,发现在几乎相同的DOC浓度下也能从Hi Pco、Co Mo CAT(CG100)、Co Mo CAT(CG300)、Co Mo CAT(SG76)、宽管径分布GNH-1200碳纳米管中分离出单一手性(6,5)碳纳米管,说明该分离方法不受碳纳米管原材料的限制,具有普适性。对平均直径大于1 nm的大管径碳纳米管的结构分离进行探究。相对SC分散碳纳米管而言,SHC具有更好的分散能力,其分散能力是SC的数倍,更适合高浓度碳纳米管的分散,这对碳纳米管的宏量分离及应用具有重要意义。从SDS+SHC+DOC复合表面活性剂体系对大管径碳纳米管进行结构分离的结果可知,该体系对大管径碳纳米管具有明显的管径选择性,且能够分离出不同管径的高纯半导体性碳纳米管。研究工作的最后,采用分离得到的大管径高纯半导体性碳纳米管制备薄膜晶体管并测试其电学性能,其开/关比大约为10~6,器件性能良好。