聚噻吩在多壁碳纳米管表面的可控生长和复合物的电子性质

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碳纳米管(CNTs)具有独特的一维结构和优异的力学、电子和热稳定性,引起了科学家的广泛关注。但是,CNTs之间的范德瓦尔斯力和π-π堆积作用导致其分散性差,限制了CNTs的应用。表面功能化,不仅可以提高碳纳米管在有机溶剂中的分散性,而且还赋予了碳纳米管新的理化性质。聚噻吩是一类典型的共轭聚合物,具有可调控的带隙、良好的溶液加工性和高的空穴迁移率,被广泛地用来和CNTs制备复合材料。然而,在以前的相关工作中,聚噻吩和CNTs之间都形成无序的界面。  本文首次利用表面引发Kumada催化剂转移缩聚(SI-KCTP)的方法,在多壁碳纳米管(MWNTs)表面生长了立构规整的聚(3-己基噻吩)(P3HT)链,复合物表示为MWNT-g-P3HT。聚合过程以可控方式进行,可以通过调节单体和引发剂的比例来调节P3HT链的长度。所得到的P3HT具有立构规整、分子量可控、分布窄和接枝密度高的特点。此外,大直径的MWNTs可以得到高度有序的P3HT聚集体,高接枝密度诱导P3HT链平面化,在吸收光谱中表现为一组红移、分裂的吸收峰。  瞬态吸收光谱表明,所得到的P3HT结构高度有序,同时,在MWNT/P3HT界面之间存在着光诱导的电荷分离过程,激发态电子从P3HT转移到MWNTs。这些结果都证明MWNT-g-P3HT复合物在电子和光电子领域有着潜在的应用。  高密度接枝的P3HT链在MWNTs表面形成核壳结构的异质结,改变了MWNTs的电子性质,实现了MWNTs由金属性质向半导体性质的转变;用单根MWNT-g-P3HT核壳结构制备的肖特基二极管,表现出了很好的整流行为。用单根MWNT-g-P3HT核壳结构制备的光响应器件,即使在低光强度下也显示了优异的光响应性,优于以前报道的基于肖特基模式或高功率激光下辐射热模式的碳纳米管器件。
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