Прививка многостенными углеродными нанотрубками с полистирола для самостоятельной сборки и анизотропной пятнистость
Summary
Процедура для синтеза полистирола привитые многостенными углеродными нанотрубками с использованием последовательных химическая модификация шаги, чтобы выборочно представить полимерных цепей боковинами и их самостоятельной сборки через анизотропные пятнистость является представлены.
Abstract
Мы демонстрируем простой протокол к графт нетронутой многостенными углеродными нанотрубками (MWCNTs) с цепями полистирол (PS) на боковинах через свободно радикальной полимеризации стратегии для включения модуляции свойств поверхности нанотрубок и производят супрамолекулярной самосборки из наноструктур. Во-первых селективный гидроксилирования нетронутой нанотрубок через реакции окисления двухфазный каталитически опосредованной создает поверхностно распределенных реактивной сайты на боковых стенах. Последний реактивной сайты впоследствии изменен с метакриловой постановление с помощью силицированные метакриловой прекурсор для создания полимеризуемых сайтов. Эти полимеризуемых группы могут адресовать дальнейшей полимеризации стирола производить гибридный Наноматериал, содержащие PS цепи, привитые на боковых стенках нанотрубок. Полимер трансплантата содержание, количество силицированные метакриловой постановление введено и модификации гидроксилирования нанотрубок указаны и количественно термогравиметрический анализ (ТГ). Присутствие реактивной функциональных групп гидроксила и силицированные метакрилат подтверждаются Фурье преобразование инфракрасной спектроскопии (FT-IR). Полистирол привитые углеродных нанотрубок решения в тетрагидрофуран (THF) обеспечивают wall-to-wall collinearly собственн-собранные нанотрубок при литье образцов анализируются просвечивающей электронной микроскопии (ТЕА). Эти self сборки не получаются при подходящих заготовок аналогичным образом отливаются из аналогичных растворы, содержащие не привитые коллегами. Таким образом этот метод позволяет модификации нанотрубок анизотропной пятнистость на боковых стенах, приводящее в спонтанной auto организацию на наноуровне.
Introduction
С момента открытия одностенных углеродных нанотрубок (SWCNTs),1,2 научных сообществ подали свои выдающиеся электрические, механические и термические свойства3 в широкий спектр передовых приложения, модулируя их свойств поверхности через ковалентных4 и non ковалентные5 стратегии. Примеры этих приложений включают в себя их использования как преобразователи, датчики,6,7 электродов в солнечных,8 гетерогенных поддерживает в катализе,9 nanoreactors в синтезе,10 противообрастающих агенты в защитной пленки,11 наполнителей в композиционных материалах,12и т.д. Однако возможность модулировать свойств поверхности их более надежной, но промышленно доступные многостенными коллегами а именно MWCNTs, контролировать направление в их non ковалентные взаимодействий на наноуровне, остается сложной до настоящего времени задачи. 13
Супрамолекулярной самосборки из молекулярных строительных блоков является одним из самых универсальных стратегии для управления Организации материи на наноуровне. 14 , 15 в этом смысле супрамолекулярных взаимодействий включать направленный, ближней и средней ценовой категории non ковалентные взаимодействиями, такими как H-Бонд, Ван-дер-Ваальса, диполя диполя иона диполя диполя диполя индуцированной, π-π укладки, катион π, анион π, кулоновских, среди других. 16 к сожалению, направленность в самостоятельной сборки для больших структур таких как MWCNTs не является спонтанным и обычно требует внешних движущих сил (например , шаблоны или систем диссипация энергии). 17 недавно докладе используется non ковалентные обертыванием нанотрубок с учетом совместного полимеров для достижения последней цели,18 , но использование ковалентных стратегий предложить новые альтернативы для решения этой проблемы остались практически не изучены.
Химическая модификация углеродных нанотрубок могут выборочно осуществляться для внедрения различных функциональных групп Термини или боковые стенки же. 19 , 20 один из самых полезных подходов к портной свойства поверхности углеродных наноструктур, прививки полимера через стандартный полимеризации маршрутов. Как правило, эти подходы включают предварительное введение полимеризуемых или инициатора группы (акриловые, виниловые, и т.д.) на поверхности наноструктур и их последовательных полимеризации с подходящей мономера. 21 в случае MWCNTs, ковалентных введение полимерных цепей на боковинах, контролировать их пятнистость в анизотропных мода остается проблемой.
Здесь мы покажем, как серия простой химической модификации шаги22,23 могут быть применены для вставки PS цепи на боковинах MWCNTs с целью изменения их поверхности пятнистость и содействовать их анизотропной самосборки23 на наноуровне. Во время изменения маршрута первый шаг позволяет для селективного гидроксилирования нетронутой MWCNTs на боковых стенах, следуя двухфазных каталитически опосредованной реакции окисления приносить Гидроксилированные коллегами, а именно, Мунт-OH. Второй шаг использует 3-(trimethoxysilyl) метакрилата пропил (TMSPMA) ввести силицированные метакриловой постановление к ранее созданной гидроксильных групп (Мунт-O-TMSPMA). Эти вставки будет предоставлять поверхности реактивной сайты во время третьего шага, когда мономера стирола полимеризуется от метакриловой постановление, таким образом давая полимерных цепей, привитые на боковых стенках нанотрубок в конце (т.е. Мунт-O-PS).
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом методе некоторые шаги, которые приводят, решающее значение для обеспечения успешного процесса прививочных. Во-первых двухфазный каталитически опосредованной реакции окисления (шаг 1.1) должно осуществляться с недавно дисперсных углеродных нанотрубок (шаг 1.1.1.5). Если дисперсия ре…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы признать FQ-PAIP и DGAPA-PAPIIT программы из национального автономного университета Мексики (номера грантов 5000-9158, 5000-9156, IA205616 и IA205316) и Национальный совет по науке и технике из Мексики – КОНАСИТ-(номер гранта 251533).
Materials
| Tetrapropylammonium bromide, 99 % (TPABr) | Sigma-Aldrich | 88104 | Irritant, toxic |
| Potassium permanganate, 99 % (KMnO4) | Sigma-Aldrich | 223468 | |
| Acetic acid, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 45726 | |
| Pristine multiwalled carbon nanotubes, 99 % (MWCNTs) | Bayer Technology Services | Donated sample | Harmful dusts. >1 mm in length and 13–16 nm in outer diameter. Alternative supplier: Nanocyl, Catalog N. NC7000, website: http://www.nanocyl.com/ |
| Sodium Chloride, 98 % (NaCl) | Sigma-Aldrich | S3014 | Technical grade can also be used |
| Ethanol, 99.8 % (EtOH) | Sigma-Aldrich | 32221 | Technical grade can also be used |
| Methanol, 99.8 % (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415 | Highly toxic. Technical grade can also be used |
| Hydroquinone, 99 % | Sigma-Aldrich | H9003 | |
| Toluene, 99.8 % | Sigma-Aldrich | 244511 | Anhydrous |
| 3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98 % (TMSPMA) | Sigma-Aldrich | 440159 | Air sensitive, toxic |
| Azobisisobutyronitrile, 99 % (AIBN) | Sigma-Aldrich | 755745 | Explosive |
| Styrene, 99 % | Sigma-Aldrich | S4972 | Purified using an alumina gel preparative column and stored at 4 °C |
| Acetone, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 179124 | Technical grade can also be used |
| Tetrahydrofuran, 99.9 % (THF) | Sigma-Aldrich | 494461 | |
| Dichloromethane, 99.5 % | Sigma-Aldrich | 443484 | Highly toxic |
| Hydrochloric acid, 37 % | Sigma-Aldrich | 435570 | Harmful fumes |
References
- Iijima, S. Helical Microtubules of Graphitic Carbon. Nature. 354, 56-58 (1991).
- Iijima, S., Ichihashi, T. Single-Shell Carbon Nanotubes of 1-nm Diameter. Nature. 363, 603-605 (1993).
- Dai, H. Carbon Nanotubes: Synthesis, Integration and Properties. Acc. Chem. Res. 35, 1035-1044 (2002).
- Karousis, N., Tagmatarchis, N. Current Progress on the Chemical Modification of Carbon Nanotubes. Chem. Rev. 110, 5366-5397 (2010).
- Zhao, Y. L., Stoddart, J. F. Noncovalent Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes. Acc. Chem. Res. 42, 1161-1171 (2009).
- Zelada-Guillén, G. A., Riu, J., Düzgün, A., Rius, F. X. Immediate Detection of Living Bacteria at Ultralow Concentrations Using a Carbon Nanotube Based Potentiometric Aptasensor. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 7334-7337 (2009).
- Zelada-Guillén, G. A., Blondeau, P., Rius, F. X., Riu, J. Carbon Nanotube-Based Aptasensors for the Rapid and Ultrasensitive Detection of Bacteria. Methods. 63, 233-238 (2013).
- Jung, Y., Li, X., Rajan, N. K., Taylor, A. D., Reed, M. A. Record High Efficiency Single-Walled Carbon Nanotube/Silicon p-n Junction Solar Cells. Nano Lett. 13, 95-99 (2013).
- Escárcega-Bobadilla, M. V., Rodríguez-Pérez, L., Teuma, E., Serp, P., Masdeu-Bultó, A. M., Gómez, M. Rhodium Complexes Containing Chiral P-Donor Ligands as Catalysts for Asymmetric Hydrogenation in Non Conventional Media. Chem. Soc. Rev. 141, 808-816 (2011).
- Miners, S. A., Rance, G. A., Khlobystov, A. N. Chemical Reactions Confined within Carbon Nanotubes. Chem. Soc. Rev. 45, 4727-4746 (2016).
- Rege, K., Raravikar, N. R., Kim, D. Y., Schadler, L. S., Ajayan, P. M., Dordick, J. S. Enzyme-Polymer-Single Walled Carbon Nanotube Composites as Biocatalytic Films. Nano Lett. 3, 829-832 (2003).
- Ma, R., Menamparambath, M. M., Nikolaev, P., Baik, S. Transparent Stretchable Single-Walled Carbon Nanotube-Polymer Composite Films with Near-Infrared Fluorescence. Adv. Mater. 25, 2548-2553 (2013).
- De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications. Science. 339, 535-539 (2013).
- Lehn, J. M. Perspectives in Chemistry – Steps towards Complex Matter. Angew. Chem. Int. Ed. 52, 2836-2850 (2013).
- Mattia, E., Otto, S. Supramolecular Systems Chemistry. Nat. Nanotechnol. 10, 111-119 (2015).
- Leh, J. M. . Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives. , (1995).
- Escárcega-Bobadilla, M. V., et al. Nanorings and Rods Interconnected by Self-Assembly Mimicking an Artificial Network of Neurons. Nat. Commun. 4, 2648 (2013).
- Gegenhuber, T., et al. Noncovalent Grafting of Carbon Nanotubes with Triblock Terpolymers: Toward Patchy 1D Hybrids. Macromolecules. 48, 1767-1776 (2015).
- Peng, H., Alemany, L. B., Margrave, J. L., Khabashesku, V. N. Sidewall Carboxylic Acid Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes. J. Am. Chem. Soc. 125, 15174-15182 (2003).
- Furtado, C. A., Kim, U. J., Gutierrez, H. R., Pan, L., Dickey, E. C., Ecklund, P. C. Debundling and Dissolution of Single-Walled Carbon Nanotubes in Amide Solvents. J. Am. Chem. Soc. 126, 6095-6105 (2004).
- Jeon, J. H., Lim, J. H., Kim, K. M. Fabrication of Hybrid Nanocomposites with Polystyrene and Multiwalled Carbon Nanotubes with Well-Defined Polystyrene via Multiple Atom Transfer Radical Polymerization. Polymer. 50, 4488-4495 (2009).
- Kim, M., Hong, C. K., Choe, S., Shim, S. E. Synthesis of Polystyrene Brush on Multiwalled Carbon Nanotubes Treated with KMnO4 in the Presence of a Phase-Transfer Catalyst. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 45, 4413-4420 (2007).
- Oliveira, E. Y. S., Bode, R., Escárcega-Bobadilla, M. V., Zelada-Guillén, G. A., Maier, G. Polymer Nanocomposites from Self-Assembled Polystyrene-Grafted Carbon Nanotubes. New J. Chem. 40, 4625-4634 (2016).
- Shriver, D. F., Drezdzon, M. A. . The Manipulation of Air-Sensitive Compounds. , (1986).
- Bressy, C., Ngo, V. G., Ziarelli, F., Margaillan, A. New Insights into the Adsorption of 3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate on Hydroxylated ZnO Nanopowders. Langmuir. 28, 3290-3297 (2012).
- Wu, X., Qiu, J., Liu, P., Sakai, E., Lei, L. Polystyrene Grafted Carbon Black Synthesis via in situ Solution Radical Polymerization in Ionic Liquid. J. Polym. Res. 20, 167 (2013).
