Chem. Rev.:含氧官能团对碳纳米管的环境性质，转化和毒性的影响

雨辰

2020-09-24

碳纳米管(CNTs)具有独特的物理和化学性质，这推动了其在各种商业和工业应用中的使用。为了增强碳纳米管在极性溶剂中的分散，碳纳米管在使用之前通常会被氧化，方法是在碳纳米管表面接枝含氧官能团。另外，在通过暴露于活性氧和/或紫外线照射而将CNT释放到环境中之后，CNT表面氧化物可能会无意地形成或改性。因此，了解碳纳米管表面氧化对碳纳米管的环境性质、运输和毒性的影响是很重要的。

有鉴于此，约翰·霍普金斯大学D. Howard Fairbrother等人，描述了含氧官能团对碳纳米管在水介质中的重要环境行为(如胶体稳定性、吸附和光化学)的特殊作用以及它们的生物学影响。

特别强调了系统地改变和量化表面氧化物的价值，以此作为识别定量结构与性质关系的一种途径。还评估和讨论了含氧官能团在调节启用CNT的水处理技术的功效中的作用以及表面氧化物对其他碳基纳米材料的影响。

本文要点

1）含氧官能团(表面氧化物)可以通过各种不同的工艺引入碳纳米管的石墨烯侧壁，有些是有意的(如酸处理)，有些是无意的(如光解)。为了确定CNT表面氧化对CNT的环境行为和毒性的影响，有必要控制和量化O-CNT上含氧官能团的浓度和类型。使用不同的湿化学氧化剂并结合退火方法分别选择性地产生和去除特定的表面氧化物类型，可以最好地实现受控氧化。官能化后，XPS也许是量化氧化程度的最广泛使用的技术。重要的是，目前表征CNT表面氧化物空间分布的技术远远落后于为表面氧化物识别和定量开发的技术。

2）空间分布方法的改进需要化学成像技术的进步，并且将提供有用的信息，不仅有助于理解含氧部分的空间分布对与环境有关的行为的影响，而且有助于控制以表面氧化物为附着点的共价修饰策略。释放到天然水和工程水处理系统中后，表面氧化会影响CNT胶体稳定性。增加的CNT表面氧化导致增强的胶体稳定性，并且这种行为主要是由羧酸基团驱动的，而不是其他基团。

3）很明显，碳纳米管表面引入含氧官能团往往会导致碳纳米管性质的深刻变化。为了深入了解这些影响，最佳和最令人信服的实验方法是创建一组氧化的碳纳米管，其中氧化的总体程度和含氧官能团的类型都已得到控制和量化。这种系统化的还原论方法的结果不仅可以清楚地识别行为的重要定性趋势，而且还被证明能够揭示详细的构效关系。

参考文献：

Alyssa R. Deline et al. Influence of Oxygen-Containing Functional Groups on the Environmental Properties, Transformations, and Toxicity of Carbon Nanotubes. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00351

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00351