综述：深共晶溶剂与碳纳米管：绿色纳米技术领域的新组合

《Journal of Molecular Liquids》：Deep eutectic solvents and carbon nanotubes: a new alliance in green nanotechnology

本文系统综述了深共熔溶剂（DES）与碳纳米管（CNTs）的协同应用，涵盖功能化策略、纳米流体制备、污染物吸附（重金属及有机物）、催化体系构建、电化学传感技术等前沿领域，重点分析了DES在改善CNTs分散性、增强表面活性及促进绿色合成中的作用，并指出当前需突破稳定性评估、规模化生产及环境友好性验证等挑战。

　　深共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents, DES）近年来因其环境友好性、生物降解性、低挥发性和经济性而受到广泛关注。这些特性使DES成为传统溶剂的可持续替代品，在多种领域展现出广泛的应用潜力。DES的制备通常涉及氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）的混合，通过氢键和非共价相互作用显著降低熔点。尽管DES在许多方面表现出色，但它们也存在一些局限性，如不稳定性、吸湿性、毒性和可再生性不足等，这取决于所使用的起始材料。因此，如何优化DES的性能，以适应不同应用场景，成为当前研究的重要方向。

碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）因其卓越的电子、光学、热学、化学和机械性能而备受关注。CNTs的合成主要依赖于三种方法：电弧放电法、化学气相沉积法（CVD）和激光烧蚀法。根据其层数，CNTs可分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。然而，CNTs在常规有机溶剂中的溶解性和分散性较差，这限制了其在实际应用中的效果。为解决这一问题，研究人员提出了通过共价或非共价修饰来改善CNTs的分散性、反应性和与其他介质的兼容性。这一过程通常需要在温和条件下进行，以避免对CNTs结构造成破坏。

DES在CNTs功能化方面展现出独特的优势。与传统方法相比，DES能够提供一种更加环保和可持续的手段，不仅有助于提高CNTs的表面活性位点数量，还能增强其表面功能化效果。例如，使用基于胆碱氯化物（ChCl）的DES进行功能化，能够有效提升CNTs的吸附能力和分散性，同时保持其原有的物理化学性质。此外，DES还能够作为反应介质，用于催化反应，如Diels-Alder反应，从而在不损害CNTs结构的前提下实现功能化。这种功能化方法在多个研究中得到了验证，例如，通过DES实现的纳米复合材料在环境污染物去除、催化反应和传感技术中均表现出优异的性能。

在环境污染物去除方面，DES与CNTs的结合展现出显著的潜力。多种污染物，如重金属、有机染料、药物残留和硫化物，均可通过DES功能化的CNTs实现高效吸附。以砷、铅、汞和镍等重金属的去除为例，研究人员发现，通过DES对CNTs进行修饰后，其吸附能力显著提升。此外，对于有机污染物如2,4-二氯酚（2,4-DCP）、甲基橙（MO）和溴酚等，DES-CNTs系统同样表现出优异的吸附性能。这些研究不仅验证了DES在功能化CNTs中的有效性，还展示了其在环保领域的应用前景。同时，部分研究还探讨了DES-CNTs系统的可再生性和重复使用性，这对于实现可持续的污染治理技术具有重要意义。

在催化应用方面，DES-CNTs系统被广泛用于金属催化剂的制备。例如，钯基催化剂在甲酸氧化反应（FAO）中表现出良好的催化性能，而DES的使用有助于优化其结构和性能。通过DES进行功能化，可以有效提高催化剂的电催化活性和稳定性，同时减少对有毒溶剂的依赖，符合绿色化学的原则。同样，铂基催化剂在甲醇氧化反应（MOR）中的应用也受益于DES的功能化过程。研究表明，DES不仅能够提升催化剂的性能，还能改善其在复杂反应条件下的耐久性和选择性。这些进展表明，DES-CNTs系统在开发新型环保催化剂方面具有巨大潜力。

在传感技术方面，DES与CNTs的结合同样带来了革命性的变化。电化学传感器利用CNTs的导电性和大比表面积，结合DES的稳定性与功能性，能够实现对多种分析物的高灵敏度和选择性检测。例如，用于检测对乙酰氨基酚（APAP）和抗坏血酸（Ascorbate）的传感器，通过DES功能化的CNTs表面，显著提升了其检测性能。此外，DES-CNTs系统还被用于生物传感器的制备，如检测α-葡萄糖苷酶及其抑制剂，以及用于检测尿酸和多巴胺等生物分子。这些研究展示了DES在传感领域的重要作用，特别是在提高传感器的稳定性和重复性方面。

除了上述应用，DES-CNTs系统还在其他领域展现出广阔的前景。例如，在材料合成中，DES被用于制备具有优异性能的纳米复合材料，如含CNTs的聚合物单体（DEMs）和纳米凝胶。这些材料在能量存储、电化学分析和生物医学应用中均表现出良好的性能。此外，DES-CNTs还被用于制备具有抗冻性能的纳米凝胶，以及用于3D打印墨水，以提升其机械强度和导电性。这些应用不仅拓展了DES-CNTs的用途，也为其在更广泛的技术领域中提供了可能。

尽管DES-CNTs系统在多个方面展现出显著的优势，但仍面临一些挑战。首先，DES的长期稳定性仍需进一步研究，尤其是在大规模生产和实际应用中。其次，如何优化DES与CNTs的配比，以平衡其性能和成本，是未来研究的重要方向。此外，DES的可再生性和生物降解性也需要进一步评估，以确保其在环境友好方面的优势能够得到充分发挥。最后，如何将这些技术转化为实际应用，如商业传感器、催化剂和环保材料，仍然是一个需要解决的问题。

总的来说，DES-CNTs系统的结合为绿色化学和纳米技术的发展提供了新的思路。通过DES对CNTs进行功能化，不仅能够提升其性能，还能减少对有毒溶剂的依赖，推动更环保的材料和工艺。随着研究的深入和技术的进步，DES-CNTs系统有望在多个领域发挥更大的作用，为可持续发展做出贡献。未来的研究应着重于解决当前存在的问题，如长期稳定性、可再生性、成本效益和规模化生产，以确保这一技术能够广泛应用于实际场景。同时，跨学科的合作，如材料科学、环境工程和生物技术，将有助于进一步挖掘DES-CNTs系统的潜力，推动其在下一代功能材料中的应用。