laodoufu 2007-10-21 14:50
碳纳米管化学纪事 (七)：疑虑
【按：作者本人的研究经历从时间上基本上从第（六）部分切入，即使尽量客观，但未免主观性会比前五章大大提高 -（六）引起各位的有趣争议便是明证。今后章节主观性会更甚之，所以还请列位看官们各自心里有数，发现不恰当之处，砖头大可随便砸将来。上次的争论搁置一 旁，为简便起见，除非特殊情况或另有所指，我下面描述功能化的碳管溶液/悬浮液/分散体系时，将统统用“溶液”一词表示。】
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[align=center][b][size=180%]（七）疑虑[/size][/b][/align]O!f c-W)w
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[b][size=180%]早[/size][/b]期碳管化学（主要指端基/缺陷羧基功能化） - 特别是溶剂化(solubilization)化学遇到最严重的怀疑其实并非是“溶液”还是“悬浮液”还是“分散体系”的争论，而来自这透明带颜色的溶液本身 - 这里面的溶质到底是什么？
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为什么会有这样的问题？听我细细道来。2{-[#e?i3E,B
在 制造方法仍远未成熟的当年，从炉子里掏出来的单壁碳管粗产物本身十分垃圾，长短不齐和大小不均倒是其次 - 这纳米管自己永远的问题后面再说 - 最讨厌的是粗产物里总是有无定形碳和通常包含着金属的碳粒（或者叫碳葱，碳纳米颗粒...）。对于多壁管，在CVD法还未普及时，刚开始时用做功能化的起 始物则主要是从电弧法而来 - 这粗产物里虽然没有金属，但是含有大量的让人头疼之极的碳葱 - 它们和多壁管几乎同样稳定(溶剂化产率还极低)。8~:ScP
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化学法的酸煮和空气的“选择性”氧化也好，物理法的过滤、离心、色谱也好，化学物理法的排列组合也好，什么都试过了，效果终究是不理想。很多筒子都“昧着良心”凭着一两张电镜照片吹嘘自己的管子纯度在95%以上，然而彼此的心里大概都心照不宣。
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由 于纯化工艺本身就是门大学问，所以碳管化学的发展实际上和前者的发展是同步进行的。这样一来，那时大部分做单壁碳管化学的科学家们通常都用最简便的“纯 化”方法 - 稀硝酸煮上一两天。稀硝酸一是能够大致除去不少无定形碳，同时能够消灭裸露的金属（被碳层包住的就继续存在着），二是能够在碳管两端和表面缺陷处引入含氧 官能团 - 主要是羧基（有时用盐酸后处理以加强羧基的形成）。这样的“纯化后”的管子便可以拿来做功能化了。
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大家这里注意一点：“纯化 后”的管子叫"purified nanotubes"而不叫"pure nanotubes"，为什么？因为所谓"purified"，意思就是管子经过纯化而已，至于到底纯不纯（"pure"），那就是“天晓得”了。所以， 我们一听到有人说"pure nanotubes"的时候，浑身总是会长满鸡皮疙瘩。`{s*v:l6F:t{
事实上，这"purified nanotubes"里不但有羧基-碳管，其实还有羧基-（包含金属或不包含金属的）碳葱和羧基-无定形碳。既然大家都是碳，那么直觉上讲，当然小的东西 - 无定形碳和碳葱类 - 会更容易反应了。
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这 里要说明一点：那时不但功能化反应手段和后处理（溶剂萃取）过程不成熟，各种表征办法也完全不成熟（考虑到转行做碳管化学的筒子们很多都是做有机化学 的）。功能化和溶剂化（functionalization and solubilization）的实验通常只有少量的起始物被“溶解”(soluble fraction)，而会留下大量“不溶解组分”(insoluble residue)。通常，由于功能化分子的“吸附”作用，“不溶解组分”的质量甚至会比起始物更高，直接的化学计量完全没有意义（此时热失重法测量管子含 量还未被采用）。
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既然小的垃圾们比大的管子们更容易反应，而且最后“不溶解组分”又那么多，那么回到本章开始的问题：这透明带颜色的溶液本身 - 这里面的那一点点溶质到底是什么？
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照 说碳管的拉曼光谱是很有特点的 - 特别是单壁管独特的RBM (radial breathing mode)特征峰。然而，有垃圾存在的碳管溶剂化后出现的强烈的荧光干扰（是从垃圾还是碳管自己来的这另外再谈）让RBM甚至G-band/D-band （这俩峰多壁管都有）的识别都同样出现很大的困难。其实唯一拿得出手的实验证据其实只有单壁管的近红外特征峰（参见Haddon博士的1998年 Science之作）；而倒霉的多壁管则完全没有这样的特征峰。
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“那就用显微镜呗。”您肯定会说。
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可是由于(1)功能化效率 低（溶剂化产率低；产物溶液量少、浓度低），(2)垃圾们（无定形碳和碳粒，还有用作功能化的未反应的分子）的大量存在，因此彼时的透射电镜/原子力显微 镜下是满目疮痍，完全找不到数量上有意义的碳管（大约被埋在垃圾堆里）。当年的显微镜照片基本上都是：
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[*]“Look！Look！有根管子！看见了没？”.V;_"yM6jF
[*]“我看，我看 - 哪儿呢？哪儿呢？”
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[*]“这儿哪！”
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[*]“靠，还挺像。”
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[/list]当年（～2000年），包括我在内的部分筒子们便因为过不去“眼见为实”这道关而被活活卡住了。“碳管真的能够被溶解吗？还是只有无定形碳和碳粒在你的过程中被溶解了？”审稿人们这样不断质疑的时候，我们也开始怀疑起自己来。
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我们突然发现：原来，自己的疑虑才是我们最大的敌人和最重要的斗争对象。2a&DC1f.~T9h
（未完待续）4XW"Vs ]w2IT!O&O
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[[i] 本帖最后由 laodoufu 于 2007-12-13 02:19 编辑 [/i]]