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碳納米管中碳原子以sp2 雜化為主，同時(shí)六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在 程度的彎曲，形成空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中可形成 的sp3 雜化鍵，即形成的化學(xué)鍵同時(shí)具有sp2 和sp3 混合雜化狀態(tài)，而這些p 軌道彼此交疊在碳納米管石墨烯片層外形成高度離域化的大π 鍵，碳納米管外表面的大π 鍵是碳納米管與一些具有共軛性能的大分子以非共價(jià)鍵復(fù)合的化學(xué)基礎(chǔ)。


對多壁碳納米管的光電子能譜研究結(jié)果表明，不論單壁碳納米管還是多壁碳納米管，其表面都結(jié)合有 的官能基團(tuán)，而且不同制備方法獲得的碳納米管由于制備方法各異，后處理過程不同而具有不同的表面結(jié)構(gòu)。一般來講，單壁碳納米管具有較高的化學(xué)惰性，其表面要純凈一些，而多壁碳納米管表面要活潑得多，結(jié)合有大量的表面基團(tuán)，如羧基等。以變角X 光電子能譜對碳納米管的表面檢測結(jié)果表明，單壁碳納米管表面具有化學(xué)惰性，化學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡單，而且隨著碳納米管管壁層數(shù)的增加，缺點(diǎn)和化學(xué)反應(yīng)性增強(qiáng)，表面化學(xué)結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化。內(nèi)層碳原子的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較單一，外層碳原子的化學(xué)組成比較復(fù)雜，而且外層碳原子上往往沉積有大量的無定形碳。由于具有物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的不均勻性，碳納米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微環(huán)境，因此也具有能量的不均一性。